УДК 536.2.022:532.77 ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ХЛОРИДОВ МЕТАЛЛОВ ПОДГРУППЫ БЕРИЛЛИЯ Докт. техн. наук, проф. АБДУЛЛАЕВ К. М., канд. техн. наук ЭЛЬДАРОВ В. С., инж. КЕРИМОВА Р. К. Азербайджанская государственная нефтяная академия Теплопроводность водных растворов хлоридов металлов подгруппы бе- риллия изучена недостаточно, а данные о λ водных растворов BeCl2 вооб- ще отсутствуют в литературе. В настоящей статье приводятся результаты экспериментальных исследований теплопроводности водных растворов BeCl2 и SrCl2 в интервале температур 293–573 К при пяти значениях мас- совой концентрации растворенного вещества. Для исследования теплопроводности выбран метод коаксиальных ци- линдров в относительном варианте. Опыты выполнены на установке с мо- дифицированной измерительной ячейкой [1]. Исследованные растворы солей готовили из реактивов марки «химически чистый» по методике, предложенной в [2]. Измерения теплопроводности растворов в интервале температур 293–573 К были выполнены через каждые 10 К. Это связано с тем, что к такому интервалу температур относится большинство литературных дан- ных по физическим свойствам воды и водных растворов. При исследова- ниях теплопроводности растворов вблизи линии насыщения начальное давление было принято от атмосферного до 9 МПа. Погрешность измере- ния составляет +(1,3–1,6) % в зависимости от температуры. Эксперимен- тальные данные приведены в табл. 1, 2. Таблица 1 Экспериментальные значения теплопроводности водных растворов BeCl2 вблизи линии насыщения λ⋅ 103, Вт/(м⋅К) Т, К Концентрация c, масс % 4 8 12 16 20 25 30 293,17 593 588 582 577 571 564 557 303,18 609 603 598 594 586 579 572 313,16 622 616 610 605 599 591 584 323,19 634 628 622 616 610 603 595 333,18 643 637 631 625 619 611 603 353,22 658 652 645 639 633 625 617 373,20 670 663 657 651 644 636 629 393,19 676 669 663 656 651 648 634 413,18 678 671 665 658 652 644 636 423,21 677 670 664 657 651 643 635 433,23 674 667 661 655 648 640 632 453,17 668 661 655 649 642 635 627 473,16 657 651 644 638 632 624 616 493,19 642 636 630 624 618 610 603 498,22 639 631 625 619 613 605 598 523,18 611 605 600 594 588 581 574 533,23 599 594 588 582 577 570 563 543,24 586 581 575 570 564 557 550 548,19 578 574 568 562 557 550 543 553,18 572 566 561 555 550 543 536 573,21 538 533 529 524 519 512 506 63 Таблица 2 Экспериментальные значения теплопроводности водных растворов SrCl2 вблизи линии насыщения λ⋅ 103, Вт/(м⋅К) Т,К Концентрация c,масс % 4 8 12 16 20 30 293,16 596 591 585 580 575 562 303,19 612 606 601 596 590 577 313,17 626 620 615 609 604 590 323,18 637 632 626 621 615 601 333,17 647 642 636 630 625 611 353,23 662 657 652 646 640 626 373,21 673 669 663 657 652 637 393,20 679 676 670 664 658 643 413,19 681 678 672 666 660 645 423,22 680 676 670 664 658 643 433,21 677 674 668 662 656 642 453,18 670 668 662 656 651 636 473,16 660 657 652 646 640 626 493,18 645 642 639 633 628 613 498,20 641 638 636 630 625 611 523,17 613 610 607 604 601 587 533,22 602 596 592 586 580 565 543,18 589 583 578 572 567 558 548,19 582 577 571 564 560 551 553,17 574 569 563 558 553 542 573,22 540 536 531 527 521 509 Полученные значения теплопроводности исследованных растворов с повышением концентрации уменьшаются, а с возрастанием температуры увеличиваются до ≈140°С, затем эта зависимость переходит к нормальному изменению теплопроводности жидкостей. На рис. 1, 2 показаны зависимости теплопроводности водных растворов BeCl2 от концентрациии температуры. Рис. 1. Зависимость теплопроводности растворов BeCl2 от концентрации при различных температурах 4 8 12 16 20 25 30 660 620 580 540 500 λ⋅103, Вт/(м⋅К) 510 520 530 540 550 с, мас. %570 64 Учитывая, что теплопроводность системы H2O–BeCl2 исследована впервые, для проверки достоверности полученных результатов авторами выполнены расчеты по известной формуле, приведенной в [3]: э 0 1 ,i i i c λ = λ − β    ∑ (1) где λэ – теплопроводность раствора; λ0 – теплопроводность воды; β i – ко- эффициент, характеризующийколичество растворенной соли; с i – концен- трация раствора,кг вещества/кг растворителя. Рис. 2. Зависимость теплопроводности водных растворов BeCl2 от температуры при различных концентрациях Теплопроводность воды в интервале температур 0–100°С описывается полиномом λ0 = 0,5545 + 0,00246t – 0,00001184t2. (2) В табл. 3 приведены расчетные значения теплопроводности водных растворов BeCl2, вычисленные по формуле (1). Из табл. 3 видно, что рас- четные и экспериментальные результаты удовлетворительно согласуются между собой, так как максимальное расхождение составляет 1,8 %. Полученные экспериментальные результаты описываются эмпириче- ским уравнением λр=λв(1 + Аm + Bm3/2 + Cm2), (3) где λр, λв – коэффициенты теплопроводности раствора и воды; m– моляльность (отношение количества растворенного вещества в молях к массе растворителя в килограммах); A, B, C – коэффициенты, зависящие от природы электролита. Для водных растворов BeCl2 коэффициентыА, В, С имеют следующие значения: А = –0,01694 кг моль⋅ –1; В = –0,00210 кг3/2 моль⋅ –3/2; С = 0,00190 кг2 моль⋅ –2. Соответственно, для системы Н2О + SrCl2: А = –0,00331 кг моль⋅ –1; В = –0,03306 кг3/2 моль⋅ –3/2; С = 0,01433 кг2 моль⋅ –2. 4 8 12 16 20 25 30 700 650 600 550 500 λ⋅103, Вт/(м⋅К) 293 373 453 533 Т, К 65 Таблица 3 Расчетные значения коэффициента теплопроводности водных растворов BeCl2, выполненные по формуле (1), и сравнение их с экспериментальными данными λрасч⋅ 103, Вт/(м⋅К) t,°C λв*⋅ 103 Концентрация c, мас. % 4 8 12 16 20 λрасч Δ, % λрасч Δ, % λрасч Δ, % λрасч Δ, % λрасч Δ, % 30 618 612 0,5 606 0,5 601 0,5 595 0,2 589 0,5 50 648 642 1,2 636 1,3 630 1,3 624 1,3 618 1,3 60 659 653 1,5 647 1,5 640 1,4 634 1,4 628 1,4 80 676 670 1,8 663 1,7 657 1,8 651 1,8 644 1,7 100 682 676 0,9 669 0,9 663 0,9 656 0,8 650 0,9 *Рассчитанные значения теплопроводности воды по формуле (2). Результаты расчетов, выполненных по формуле (3) для водных раство- ров BeCl2, приведены в табл. 4. Таблица 4 Расчетные значения коэффициента теплопроводности водных растворов BeCl2 и сравнение их с экспериментальными данными λрасч⋅ 103, Вт/(м⋅К) t,°C Концентрация m, моль/кг 0,521 (4 мас. %) 1,088 (8 мас. %) 1,706 (12 мас. %) 3,128 (20 мас. %) 5,363 (30 мас. %) λрасч Δ, % λрасч Δ, % λрасч Δ, % λрасч Δ, % λрасч Δ, % 20 30 40 50 60 80 100 120 150 180 200 225 250 270 300 594 610 625 638 648 664 673 677 676 669 658 642 615 590 542 +0,2 +0,2 +0,5 +0,6 +0,8 +0,9 +0,4 +0,1 –0,1 +0,1 +0,2 +0,5 +0,7 +0,7 +0,7 585 602 616 629 639 655 664 667 666 660 649 631 607 583 536 –0,5 –0,2 0 +0,2 +0,3 +0,5 +0,2 –0,3 –0,6 –0,2 –0,3 0 +0,3 +0,3 +0,6 580 596 611 623 633 649 657 661 660 654 643 626 602 577 531 –0,3 –0,3 +0,2 +0,2 +0,3 +0,6 0 –0,3 –0,6 –0,2 –0,2 +0,2 +0,3 +0,3 +0,4 569 585 599 612 622 636 645 649 648 641 631 614 591 566 521 –0,4 –0,2 0 +0,3 +0,5 +0,5 +0,2 –0,3 –0,5 –0,2 –0,2 +0,2 +0,5 +0,4 +0,4 555 570 584 596 606 620 629 633 631 625 615 598 576 552 508 –0,4 –0,4 0 +0,2 +0,5 +0,5 0 –0,2 –0,6 –0,3 0,2 0 +0,3 +0,4 +0,4 Как видно из табл. 4, расхождение между расчетными и эксперимен- тальными данными составляет менее ±1 %. По экспериментальным данным установлено, что отношение теплопро- водности раствора к теплопроводности воды – «относительная теплопро- водность» при данной концентрации электролита не зависит от температу- ры, т. е. р в λ λ = Λ≠f(Т). (4) 66 В Ы В О Д Ы 1. Впервые получены экспериментальные данные по теплопроводности водных растворов BeCl2 и SrCl2 при высоких температурах. 2. Полученные результаты обобщены новым эмпирическим уравнени- ем. Показано, что отношение теплопроводности раствора к теплопровод- ности воды при данной концентрации электролита не зависит от темпера- туры. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Э л ь д а р о в, В.С. Исследование теплопроводности теплоносителей, используе- мых в энергетической промышленности / В. С. Эльдаров, Л. А. Азизова // Экоэнергетика. – 2006. – № 1. – С. 25–27. 2. А р т е м е н к о, А. И.Справочное руководство по химии / А. И. Артеменко, В. А. Малеванный, И. В. Тикунова. – М.: Высш. шк., 1990. – 303 с. 3. З а й ц е в, И. Д. Физико-химические свойства бинарных и многокомпонентных растворов неорганических веществ / И. Д. Зайцев, Г. Г. Асеев. – М.: Химия, 1988. – 414 с. Представлена кафедрой теплоэнергетики Поступила 10.10.2012 УДК 536.2:532/533:674.047 НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ СУШКЕ Докт. физ.-мат. наук СЫЧЕВСКИЙ В. А. Белорусский национальный технический университет Сушка древесины относится к сфере массового промышленного произ- водства, где даже небольшой процент брака приводит к значительным ма- териальным и финансовым затратам. Одновременно с этим при увеличении производительности предприятий требуется дальнейшая интенсификация процесса сушки. Однако режимы камерной сушки пиломатериалов в про- изводственных условиях координируются по времени от начала сушки или по влажности материала. Такие способы сушки древесины применимы при мягких режимах, когда время сушки жестко не ограничивается в процессе производства пиломатериалов, что приводит к неэффективным затратам энергии и низкой производительности предприятия. В последнее время с целью повышения производительности сушки древесины все чаще исполь- зуются жесткие режимы, которые дают меньшую продолжительность суш- ки, но приводят к развитию напряжений в материале и тем самым к сниже- нию качества конечной продукции. 67