Парафина теплоемкость – - ! - Стройматериалы в Иркутске

Пока горит…кристалл (Богданов К.Ю.)

К. Ю. Богданов

Явления, наблюдаемые при горении свечи, таковы,

что нет ни одного закона природы, который при

этом не был бы так или иначе затронут

М. Фарадей, 1860.

Пока горит … кристалл

Большинство свечей делают из парафина, высокомолекулярного химического соединения, состоящего из атомов углерода и водорода и имеющего следующую формулу C_nH₂_n₊₂. Простейший парафин (n = 1) это газ метан СН₄ . При увеличении n длина молекулы увеличивается, и парафины становятся сначала жидкостями (октан, C₈H₁₈), а потом, начиная с n = 20, и твёрдыми телами.

Из справочников можно узнать, что твердые парафины являются кристаллическими телами. Однако в школьных учебниках физики об этом почему-то не сказано. Да и не похожи твёрдые парафины на классические примеры кристаллических тел – металлы и лёд.

Известно, что одной из характеристик кристаллических тел, отличающих их от аморфных, является определённая температура плавления. Другими словами, когда кристаллическое тело при постоянном нагревании достигает температуры плавления, его температура на некоторое время перестаёт повышаться, и только тогда, когда всё тело становится жидким, его температура начинает снова возрастать. Такая же задержка в изменении температуры происходит и при остывании жидкости, превращающейся в кристаллическое тело. Поставим простой опыт, чтобы доказать кристаллическую природу парафина.

Возьмём свечку, натрём её на тёрке и заполним этой парафиновой крупой небольшой алюминиевый стакан, кружку или нижнюю половинку алюминиевой банки для газированных напитков. Поставим этот стаканчик на конфорку электроплиты или в кастрюлю с кипящей водой. Через несколько минут парафиновая крупа начнёт плавиться и скоро превратится в жидкий парафин. Желательно, чтобы толщина слоя жидкого парафина в металлическом стакане составляла около 5 см, а диаметр стакана был как можно меньше. Иначе охлаждение парафина может затянуться на многие часы.

Перед тем как расплавлять парафин соберите установку для непрерывной регистрации температуры остывающего парафина. Для этого понадобится термометр, градуированный в диапазоне от 0 до 100

оС. Так как длина такого термометра обычно около 30 см, то держателем для него может быть стопка книг такой же высоты, линейка и липкая лента, скрепляющая термометр, линейку и стопку книг. Необходимо, чтобы кончик термометра находился на глубине не менее 3 см, не касался дна стакана а его положение не изменялось со временем. Имейте ввиду, что при застывании объём парафина уменьшается на 10-15%, и при этом в центре стакана образуется довольно глубокая лунка. Установка должна находится в закрытом помещении вдалеке от воздушных потоков.

Расплавленный парафин в стакане следует осторожно поставить на стол, разместить в нём термометр и сразу же начать измерения с интервалом в одну минуту. Со временем, когда скорость изменения температуры замедлится, интервал измерения можно увеличить до двух, пяти и десяти минут. На рис. 1 показано, как при охлаждении уменьшается температура 158 г парафина в алюминиевом стакане (красная кривая). Диаметр и высота стакана были равны 65 мм, а температура в комнате составляла 24 ^оС. Видно, что при охлаждении температура парафина сначала резко падает, уменьшаясь от 85 до 60 ^оС за 15 минут. Затем в течение ДВУХ ЧАСОВ температура парафина остаётся практически постоянной, а потом опять начинает уменьшаться. Такая задержка в изменении температуры говорит о переходе жидкого парафина в кристаллическое состояние.

Рисунок 1. Изменение температуры со временем при остывании одинаковых объёмов парафина (158 г, красная), мёда (253 г, зелёная) и воды (200 г, чёрная), находящихся в алюминиевом стакане на воздухе в закрытом помещении.

Для сравнения на рисунке 1 приведены графики остывания воды и мёда, взятых в тех же объёмах, что и парафин, и полученные в тех же условиях. Видно, что мёд и вода остывали постепенно, без временной задержки. Попробуем, сравнивая графики остывания воды, мёда и парафина, оценить удельную теплоту плавления парафина.

Парафин затвердевает в диапазоне температур от 62 до 58 ^оС. Из рисунка 1 следует, что в том же диапазоне температур вода остывает со скоростью r_вода = 1 ^оС/мин. Если пренебречь испарением и теплоёмкостью стакана, то количество теплоты q_вода, теряемое водой каждую минуту составляет

q_вода = m_вода ·_{с_вода · r_вода, (1)}

где m_вода — масса воды в стакане (200 г), а с_вода — удельная теплоёмкость воды (4200 Дж_*кг^-1_* гр^-1)

Если пренебречь процессами конвекции внутри стакана, то количество теплоты, отбираемое у металлического стакана, будет зависеть только от температуры его стенок, и поэтому, затвердевая, парафин будет отдавать каждую минуту количество теплоты, определяемой формулой (1). Можно считать, что затвердевание парафина в нашем опыте продолжалось в течение интервала времени t_з = 120 мин. Из этого следует, что удельную теплоту плавления парафина λ

пар можно вычислить по следующей формуле:

где m_пар – масса парафина в стакане; в опыте m_вода / m_пар = 1,26.

К сожалению, справочники указывают для λ_пар величину от 200 до 220 кДж_*кг^-1, что может означать неправильность сделанного нами допущения – пренебрежения процессами конвекции. Очевидно, что в стакане с водой процессы конвекции гораздо более существенны для теплообмена, чем в мёде и жидком парафине. Поэтому удельную теплоту плавления надо вычислять, используя кривую остывания, например, мёда, а не воды. Из рисунка 1 следует, что в диапазоне температур от 62 до 58

оС мёд массой 253 г остывает со скоростью r_мёд = 0,45 ^оС/мин, а значит q_мёд = m_мёд ·_{с_мёд · r_мёд . Так как с_мёд»
2400 Дж·кг^-1· гр^-1, а m_мёд / m_пар = 1,6 ,
то после подстановки получаем:
Оценка λ_пар , полученная
с помощью формулы (3), очень близка к табличным значениям, что оправдывает
сделанные нами допущения.

Относительно большие значения удельной
теплоты плавления и удельной теплоёмкости парафина (2,2 – 2,9 кДж_*кг^-1_*
гр^-1) делают его очень ценным строительным материалом, так как он
может хорошо сохранять тепло. Парафин добавляют в сухую штукатурку, и днём он
слегка расплавляется, а ночью отвердевает, возвращая тепло. Эти свойства
парафина используются также, например, для термостабилизации электроники
космических кораблей. При затвердевании объём парафина существенно уменьшается.
Это характеристика парафина применяется в конструкции различных промышленных,
бытовых и автомобильных термостатах.
Парафин планируется использовать в
качестве топлива будущих космических кораблей в качестве компонента так
называемого гибридного двигателя, у которого окислитель находится в
газообразном виде, а топливо – в твёрдом. Опыты показали, что при горении
мелких гранул парафина в струе кислорода его удельная теплота горения может
увеличиваться в несколько раз. Однако основным преимуществом парафина перед
существующими видами топлива является его безопасность и безвредность для окружающей среды, ведь при горении
образуется только углекислый газ и вода.
Безвредность парафина для людей обусловила
его применение в пищевой промышленности, так как его можно есть, хотя он и не
переваривается организмом. Им покрывают сыры, а конфеты приобретают блеск,
когда в их состав добавляют парафин.
Итак, мы ещё раз доказали справедливость
слов М. Фарадея – изучая свечу, изучаешь физику.

kbogdanov4.narod.ru
«Удельная теплоемкость и теплопроводность теплоаккумулирующих материалов на основе парафина, буроугольного и полиэтиленового восков»
SPECIFIC HEAT CAPACITY AND THERMAL CONDUCTIVITY OF HEAT STORAGE MATERIALS BASED ON PARAFFIN, BROWN-COAL WAX AND POLYETHYLENE WAX
Snezhkin Yu., Mykhailyk V., Korinchevska T., Vorobiev L., Dekusha L.
Institute of Engineering Thermophysics of National Academy of Sciences of Ukraine
Abstract. The present paper overviews heat storage materials (HSM) with phase change based on organic compounds. They consist of paraffin, brown-coal wax and polyethylene wax. These materials are produced on an industrial scale for the foundry work. It is shown that heat capacity of HSM in the solid and liquid states can be used for heat storage in addition to the heat of phase change. The results of investigations of phase change during heating and cooling HSM are presented. The studies are carried out by differential scanning calo-rimetry (DSC). The measurement techniques of the specific heat capacity and the coefficient of thermal conductivity are shown. Temperature dependences of the specific heat capacity of HSM in the solid and liquid states are researched by DSC. Values of the coefficient of thermal conductivity are determined by contact stationary technique of the flat plate over the entire temperature range of the operation of heat storage system. Keywords: Heat storage, phase change, heat capacity, thermal conductivity.
CAPACITATEA SPECIFICA § I CONDUCTIBILITATEA TERMICA SPECIFICA A MATERIALELOR DE STOCARE DE CALDURA PE BAZA DE PARAFINA, CEARA DE LIGNIT § I
CEARA DE POLIETILENA Snejchin Iu., Mihailic V., Corincevscaia T., Vorobiev L., Decu^a L.
Institutul de Termofizica Inginereasca al Academiei Nafionala din Ucraina Rezumat. Articolul descrie materiale perspective de utilizare in scopul stocarii caldurii (MSC) cu tranzitie de faza pe baza compu§ ilor organici, care constau dintr-un ansamblu de componente: parafina, ceara de lignit § i ceara de polietilena. Aceste componente sunt produse la scara industriala pentru industria metalurgica. Este studiata posibilitatea de a utiliza in scopuri de stocare nu numai reie§ ind din caldura de tranzitie de faza, dar § i luand in considerare capacitatea termica a MSC in stare solida § i lichida. Sunt prezentate rezultatele cercetari ale proceselor tranzitiilor de faza in timpul incalzirii § i racirii cu utilizarea metodei calorimetriei cu scanare diferentiala (DSC). Sunt prezentate metodele de masurare a capacitatii termice specifice § i a coeficientului de conductivitate termica. Prin metoda DSC sunt cercetate dependentele de temperatura a capacitatii specifice a MSC in stare solida § i stare lichida. Valorile coeficientului de conductivitate termica sunt determinate prin metoda placii plate in banda de variere a temperaturii de lucru a acumulatorului de caldura. Cuvinte-cheie: Stocare caldura, tranzitie de faza, capacitate termica, conductivitate termica.
УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ И ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПАРАФИНА, БУРОУГОЛЬНОГО И ПОЛИЭТИЛЕНОВОГО ВОСКОВ Снежкин Ю. Ф., Михайлик В. А., Коринчевская Т. В., Воробьёв Л. И., Декуша Л.В.
Институт технической теплофизики НАН Украины Аннотация. В работе рассмотрены теплоаккумулирующие материалы (ТАМ) с фазовым переходом на основе органических соединений, состоящие из парафина, буроугольного и полиэтиленового восков, выпускаемые в промышленных масштабах для литейного производства. Рассмотрена возможность использования для аккумулирования энергии, помимо теплоты фазового перехода, теплоемкости ТАМ в твердом и жидком состояниях. Показаны результаты исследований фазовых переходов при нагревании и охлаждении ТАМ методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Приведены методики измерения удельной теплоемкости и коэффициента теплопроводности. Методом ДСК исследованы температурные зависимости удельной теплоемкости ТАМ в твердом и жидком состояниях. Значения коэффициента теплопроводности определены контактным стационарным методом плоской пластины во всем температурном диапазоне работы теплового аккумулятора.
Ключевые слова: Тепловое аккумулирование, фазовый переход, теплоемкость, теплопроводность.
Введение Обеспечение стабильной нагрузки на энергосистемы является актуальной проблемой в энергетике. Суточный график потребления электроэнергии в энергосистеме характеризуется резким ростом нагрузки в утренние и вечерние часы и значительным снижением в ночное время. При этом наибольшие проблемы возникают у электрогене-рирующих предприятий, так как возможность маневрирования мощностями у них сильно ограничена. Для частичного выравнивания суточных графиков нагрузки энергосистемы в Украине, как и в ряде стран Европы, введен льготный ночной тариф на электроэнергию, призванный стимулировать её потребление ночью.
Одним из экономически целесообразных направлений ночного потребления электроэнергии является аккумулирование, что позволяет накапливать энергию ночью по льготному тарифу и использовать ее постепенно в течение дня. В данном случае достаточно эффективным является использование электрических тепловых аккумуляторов.
Среди различных типов тепловых аккумуляторов перспективным является аккумулятор с использованием в качестве рабочего вещества материалов с фазовым переходом [1−4]. Его преимуществом является способность обеспечивать высокую плотность аккумулирования энергии в узком диапазоне температур с незначительным изменением объема теплоаккумулирующего материала (ТАМ) при фазовом переходе [5]. Наиболее распространенными материалами, которые используются для аккумулирования тепловой энергии, являются парафины [4].
В качестве ТАМ нами выбраны смеси на основе органических соединений, используемые в литейном производстве для изготовления моделей. Их выпуск налажен в промышленных масштабах в ООО «Химвоскпром» (г. Александрия, Украина). Смеси представляют собой сплав из парафина, буроугольного и полиэтиленового восков. Главное их преимущество состоит в том, что они в большинстве имеют фазовый переход в области температур, разрешенных санитарными нормами для жилых помещений, в процессе многократного циклического нагрева и охлаждения не теряют свои тепло-физические свойства [6], а в цене выгодно отличаются от чистых веществ.
Парафин, основный компонент смесей, является смесью углеводородов предельного ряда с кристаллической структурой. Углеводороды, входящие в состав парафина, представлены твердыми парафинами с температурой плавления 45. .65 °C и церезинами (температура плавления 60.80 °C) [7]. Его используют для придания моделям пластичности и устойчивости к трещинообразованию. Буроугольный воск — смесь воска, смолы и асфальтоподобных веществ. Это однородная масса темно-бурого цвета с интервалом плавления 82.90 °C. Имеет высокую прочность и твердость, способствует образованию твердой блестящей поверхности моделей [8]. Полиэтиленовый воск -синтетическое высокомолекулярное соединение с температурой плавления 80. 115 °C. Повышает термостойкость и прочность парафина в 1,5 — 2 раза [9].
Методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) исследованы фазовые переходы при нагревании и охлаждении ТАМ, в результате определены их термодинамические параметры — температурные интервалы, а также энтальпии плавления и кристаллизации (табл. 1). Многократное циклическое нагревание и охлаждение ТАМ показало стабильность их физико-химических свойств, обеспечивающих многолетнюю эксплуатацию в тепловых аккумуляторах [6].
В дериватографе Q-1000 исследована термостойкость ТАМ, эксплуатационная характеристика, от величины которой зависит температура поверхности нагревателей или промежуточного теплового агента в теплоаккумулирующих устройствах [10]. Результаты ранее проведенных исследований физико-химических свойств ТАМ частично представлены в табл. 1.
Таблица 1. Характеристики теплоаккумулирующих материалов Смесь, № Температурный интервал, °С Теплота фазового перехода, кДж-кг-1 Температура начала термической деструкции, °С
плавление кристаллизация плавление кристаллизация
1 (90% парафина + 10% буроугольного воска) 28.86 73.21 170,3 152,1 167
2 (85% парафина + 15% буроугольного воска) 30.86 74.22 174,1 164,4 163
3 (75% парафина + 20% буроугольного воска + 5% полиэтиленового воска) 30.102 88.22 163,1 139,8 170
Анализ полученных результатов показал, что смеси на основе парафина, буро-угольного и полиэтиленового восков имеют достаточно высокие величины теплоты фазовых переходов и обладают термической стойкостью, позволяющей использовать их в качестве рабочих тел теплоаккумулирующих устройств. Введение в состав смеси полиэтиленового воска вызывает расширение температурного диапазона фазового перехода, однако несколько понижает его удельную теплоту, что ставит в выгодное положение состав с 85% парафина и 15% буроугольного воска.
Кроме того, как видно из ДСК-кривых нагревания (рис. 1, а), на участках температур до плавления и после его завершения происходит аккумулирование теплоты за счет повышения внутренней энергии материала. Освобождается эта теплота при охлаждении ТАМ до начала кристаллизации и после ее завершения (рис. 1, б). При этом количество энергии, аккумулированной при нагревании и высвободившейся при охлаждении, зависит от теплоемкости ТАМ в твердом и жидком состояниях.
Рис. 1. ДСК-кривые нагревания (а) и охлаждения (б) ТАМ Теоретический расчет количества теплоты, запасенной аккумулятором с рабочим материалом на основе органических соединений с фазовым переходом, может быть выполнен по формуле:
Q = c™/(т)тТПЛ — T)+АНплш + cж/(т)т (г2 -T*) (1)
где:
cтв — удельная теплоемкость ТАМ в твердом состоянии, кДж-кг-1-К-1-
cж — удельная теплоемкость ТАМ в жидком состоянии, кДжкг» -К» —
m — масса ТАМ, кг-
T — температура окружающей среды, оС-
т2 — конечная температура нагревания ТАМ, оС-
TH — начальная температура плавления ТАМ, оС-
TjK — конечная температура плавления ТАМ, оС-
АНпп — удельная теплота плавления ТАМ, кДж-кг-1.
Количество теплоты отдаваемой аккумулятором в окружающую среду при охлаждении в том же температурном диапазоне равно количеству аккумулированной теплоты.
Неизвестными в уравнении (1) являются температурные зависимости удельной теплоемкости ТАМ в твердом cтв = f (т) и жидком cж = f (т) состояниях.
Для расчета теплообмена в аккумуляторе в режимах аккумулирования и разрядки также необходимы данные об изменении теплопроводности ТАМ.
В данной статье представлены результаты исследований температурных зависимостей коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости ТАМ в твердом и жидком состояниях.
Определение удельной теплоемкости ТАМ Теплоемкость смесей определялась в дифференциальном сканирующем микрокалориметре ДСМ-2М, оснащенном компьютерной программой сбора и обработки информации «ThermCap», написанной на языке программирования Delphi. Термостатиро-вание измерительного блока микрокалориметра осуществлялось водным раствором этанола, охлажденным в криостате МК-70 до -30 °С. Для предотвращения конденсации влаги в калориметрических ячейках измерительный блок заполняли осушенным газообразным гелием, поток которого контролировали в процессе измерений.
Образцы ТАМ массой 11. .13 мг закрывали в герметичные алюминиевые контейнеры с массой, отличающейся не более чем на ±0,02 мг.
Измерение осуществляли путем пошагового сканирования по методике, широко используемой во многих исследовательских лабораториях при определении удельной теплоемкости веществ и материалов [11, 12]. Температурный диапазон был разделен на интервалы, в конечных точках которых измеряли отклонения кривой ДСК от базовой линии после перевода микрокалориметра из режима сканирования в изотермический режим. Измерение отклонений повторяли не менее трех раз. Для этого каждый раз содержимое ячеек охлаждали до стартовой температуры, величина которой была на 20 °C ниже конечной температуры сканирования. Скорость сканирования составляла 8 К/мин.
Удельную теплоемкость измеряли в температурных интервалах 5.30 и 85.115 °С, соответствующих твердому и жидкому состоянию ТАМ.
На всех этапах измерения в ячейке сравнения находился пустой контейнер. В ходе измерений в измерительную ячейку поочередно помещали пустой контейнер, контейнер с эталонной мерой теплоемкости и контейнер с исследуемым образцом и определяли отклонения ДСК-кривой пустого контейнера (У), эталонной меры теплоемкости ев массой Шц (У^) и исследуемого образца массой тШ (Ут) от базовой линии. Расчет удельной теплоемкости исследуемого материала производили по формуле (2):
с ± г Ьс (2)
Ст» Г ± гк (2)
Средние значения абсолютного величин Г складывали со средними величинами Гт и? х, когда отклонения не совпадали по направлению относительно базовой линии и вычитали, если направления отклонений совпадали.
В качестве эталонной меры теплоемкости использовали синтетический корунд а-Л12О3, обладающий стандартными термодинамическими свойствами [13]. Удельную теплоемкость стандартного образца рассчитывали по аппроксимирующим температурные зависимости полиномам:
в интервале температур Т = 190−320 К пд = — 49,24 407 + 0,651 534 О — 771,53 10″6 О2 + 0,889−10−7 О3
и в интервале температур Т = 320−400 К пд = 147,4338- 0,0281 О + 0,45 О2 -18 190,6836/(0 -13,5) + 3,4768- 10 13(О — 273,15)4 .
Для оценки точности измерений была определена удельная теплоемкость образцовой меры (синтетического корунда) из теплового комплекта калориметра. Средняя квадратичная ошибка отдельного измерения и относительная погрешность составили 0,155 Дж-кг-1-К-1 и 0,67% соответственно.
Результаты определения удельной теплоемкости ТАМ в указанных интервалах температур представлены на рис. 2. В области от 30 до 80 °C наблюдается фазовый переход (плавление), поэтому измерение теплоемкости не производилось. Как видно с рисунка температурные зависимости удельной теплоемкости исследованных веществ и материалов в твердом и жидком состояниях имеют разный характер. В низкотемпературной области зависимости имеют большую крутизну, чем в области высоких температур, т. е. расплавы аккумулируют теплоту в основном за счет повышения температуры.
Наибольшую удельную теплоемкость, как в твердом, так и в жидком состояниях имеет парафин, наименьшую — буроугольный воск. Удельные теплоемкости смесей 1, 2 и 3 занимают промежуточное положение между значениями удельной теплоемкости парафина и буроугольного воска.
Проверочный расчет теплоемкости согласно правилу аддитивности показал, что вычисленные значения удельной теплоемкости смесей, как суммы парциальных величин экспериментально определенных теплоемкостей компонентов, имеют небольшое различие с измеренными калориметрическим методом. При 20 °C для смеси 1 расхождение значений составляет 7,6%, а для смеси 2 — 8,0%. При 100 °C для смеси 1 расхождение в значениях удельной теплоемкости составляет 0,3%, а для смеси 2 — 4,3% /inprofteh.com.ua, 7/.
Как показывает опыт, использование правила аддитивности для расчета удельной теплоемкости композиционных материалов органического происхождения допускается лишь на стадии предварительной оценки. Из-за возможного взаимодействия компонентов, смеси могут приобретать новые свойства, что требует экспериментального определения теплоемкости.
Рис. 2. Зависимости удельной теплоемкости образцов ТАМ от температуры Определение теплопроводности ТАМ На теплопроводность материала влияет большое число параметров — температура, структура и состояние вещества, внешнее воздействие и др. Точное ее определение расчетным путем практически невозможно и поэтому значение коэффициента теплопроводности находят экспериментально.
Объектом исследования выбрана смесь 2, имеющая наивысшую величину энтальпии плавления и кристаллизации. Теплопроводность смеси определяли методом плоской пластины на разработанном и изготовленном в ИТТФ НАНУ приборе ИТ-7−60НМ, предназначенном для измерения теплопроводности твердых, мелкодисперсных сыпучих и жидких материалов.
Элементы прибора образуют ячейку-контейнер для образца в виде короткого цилиндра. Образец в ячейке-контейнере размещен между источником и стоком теплоты (нагревателем и холодильником) прибора, а боковые грани образца изолированы кольцом из теплоизоляционного материала. При измерениях поддерживают постоянные температуры нагревателя и холодильника прибора, а соответственно и постоянную разность температуры на поверхностях образца. Теплосъём со стока теплоты прибора осуществляется конвективно — продувкой окружающего воздуха через радиатор холодильника.
Исследования ТАМ, изменяющих свое агрегатное состояние в процессе исследований, проводилось с применением открытых ячеек-контейнеров с карманом для компенсации изменения объёма. Открытая сверху ячейка-контейнер (при снятом нагревателе) нагревалась до температуры на 3…5 К выше температуры плавления исследуемого материала и заполнялась порциями материала по мере его плавления. Добавление материала проводилось до заполнения всего объёма ячейки, включая карман. Затем устанавливался верхний нагреватель — ячейка закрывалась и медленно охлаждалась. При этом часть материала из кармана переходит в диск образца. Толщина этого диска определяется параметрами конструкции ячейки-контейнера.
2,5 -,
1,5 Н-1−1-1−1— —I-1−1-1−1-1
0 10 20 30 40 80 90 100 110 120 130
Температура, °С
-ж-Смесь 1 -«-Смесь 2 -*-Смесь 3 -«-Парафин Буроугольный воск Для измерения теплопроводности при заданной температуре образца устанавливают температуры нагревателя и холодильника прибора с разницей в 5…10 К. Для минимизации боковых теплопотерь образца, температуру защитного экрана прибора устанавливают соответствующую средней температуре между нагревателем и холодильником. После установления стационарного теплового режима проводят серию измерений сигналов преобразователей теплового потока (ПТП) и термоэлектрических преобразователей температуры, по которым рассчитывают средние значения тепловых потоков и температур.
Значение средней температуры образца (ср и значение теплопроводности при этой температуре Л.((ср) рассчитывают по формулам (3) и (4).
и + (
(ср
4ср) =
И.
2(А — ?2) 4 + 42
обр
(3)
(4)
— я.
бал где^, — значения температуры, найденные по показаниям термоэлектрических преобразователей, установленных над и под образцом, К-
4, 4 2 — значения плотности теплового потока, найденные по показаниям ПТП, установленных над и под образцом, Вт-м-2-
И обр — толщина образца, м-
ябал — балластное тепловое сопротивление между встроенными термоэлектрическими преобразователями и поверхностями образца, К-Вт»1.
Исследование теплопроводности теплоаккумулирующего материала состоит из серии экспериментов, для каждого из которых задается средняя температура образца. Измерения начинают при минимальном значении температур из рабочего диапазона и продолжают, увеличивая значение средней температуры.
Пределы основной относительной погрешности измерения коэффициента теплопроводности составляют ± 3.5%.
Результаты исследования теплопроводности представлены на рис. 3.
Температура, Рис. 3. Зависимости коэффициента теплопроводности от температуры (смесь № 2)
2
В интервале температур 20.30 °С, характерного для твердого состояния ТАМ, наблюдается постепенное увеличение коэффициента теплопроводности с ростом температуры — 0,242.0,245 Вт-м₁-К-1. Скачок значений коэффициента теплопроводности в интервале 40.80 °С объясняется фазовым переходом материала из твердого состояние в жидкое. Для жидкого состояния (80.120 °С) также характерно увеличение коэффициента теплопроводности с ростом температуры. Хотя сами значения коэффициента теплопроводности для жидкого состояния (0,189.0,198 Вт-м-1-К-1) изменяются незначительно.
Выводы В работе подвергнуты испытаниям теплоаккумулирующие материалы на основе органических соединений с фазовым переходом в области температур, разрешенных санитарными нормами для жилых помещений.
В результате исследований, проведенных методом ДСК, получены температурные зависимости удельной теплоемкости смесей на основе парафина, буроугольного и полиэтиленового восков в твердом и жидком состояниях. Несмотря на более высокие значения удельной теплоемкости состава смеси с полиэтиленовым воском в жидком состоянии по сравнению с составом, содержащим 85% парафина и 15% буроугольного воска, из-за снижения удельной теплоты перехода, приводящей к уменьшению емкости аккумулятора, этот состав не включен в перечень материалов для использования в качестве теплоаккумулирующих.
Во всем температурном диапазоне работы теплового аккумулятора контактным стационарным методом плоской пластины определены значения коэффициента теплопроводности смеси, содержащей 85% парафина и 15% буроугольного воска, рекомендованной для применения в качестве теплоаккумулирующего материала.
Показана возможность использования для аккумулирования энергии, помимо теплоты фазового перехода, теплоемкости исследованных теплоаккумулирующих материалов в твердом и жидком состояниях.
Полученные данные необходимы для составления полного теплового баланса и расчета теплообмена на этапах накопления теплоты аккумулятором и его разрядки.
[1] Abhat A. Low temperature latent heat thermal energy storage: heat storage materials / A. Abhat // Solar Energy. — 1983. — Vol. 30. — P. 313−332.
[2] Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications / B. Zalba, J. Marin, L. Cabeza, H. Mehling // Applied Thermal Engineering. — 2003. — Vol. 23. — P. 251−283.
[3] Sharma S.D. Latent heat storage materials and systems: A review / S.D. Sharma, K. Sa-gara // International Journal of Green Energy. — 2005. — Vol. 2. — Р. 1−56.
[4] Ukrainczyk N. Thermophysical Comparison of Five Commercial Paraffin Waxes as Latent Heat Storage Materials / N. Ukrainczyk, S. Kurajica, J. Sipusic // Chemical &amp- Biochemical Engineering Quarterly / — 2010. — Vol. 24., No.2. — P. 129−137.
[5] Коршчевська Т. В. Перспективы методи акумулювання теплово’-1 енергп / Т. В. Коршчевська // Науковi пращ Одесько’-1 нащонально! академи харчових технологий, Мш. Освгги i науки Украши. — Одеса: 2010. — Вип. 37. — c. 236 — 241.
[6] Теплофизические свойства теплоаккумулирующих материалов на основе органических соединений / В. А. Михайлик, Ю. Ф. Снежкин, Т. В. Коринчевская, А. С. Парняков, В. А. Постников // Промышленная теплотехника — 2011. — Т. 33, № 5. — С. 96−103.
[7] Переверзев А. Н. Производство парафинов / А. Н. Переверзев, Н. Ф. Богданов, Ю. Н. Рощин — М.: Химия, 1973. — 224 с.
[8] Модельные составы. Исходные материалы [Электронный ресурс] // УЗЦМ [сайт] -Режим доступа: http://www.uzcm.ru/spravka/tech/model/1.php
[9] Воск полиэтиленовый [Электронный ресурс] // Укрбелполимир [сайт] — Режим доступа: http://ubp.kh.ua/faq/linejnyj-polijetilen-nizkoj-plotnosti.html
[10] Снежкш Ю. Ф. Термiчна стшюсть композицшних теплоакумулюючих матерiалiв на основi органiчних сполук / Ю. Ф. Снeжкiн, В. А. Михайлик, Т. В. Коршчевська // Вюник Нацiонального унiверситету «Л^вська пол^ехшка» «Хiмiя, технология ре-човин та ix застосування» — 2013. — № 761. — С.270−273.
[11] Определение теплоемкости влагосодержащих материалов с помощью сканирующей калориметрии / В. А. Михайлик, Ю. Ф. Снежкин, А. Ф. Немчин, Е. О. Давидова // Промышленная теплотехника — 2002. — Т. 24, № 5. — С. 92−96.
[12] Пластмаси. Диференщальна сканувальна калориметрiя. Частина 4. Визначення пи-томо-i теплоемност: ДСТУ ISO 11 357−4:2010 (ISO 11 357−4:2005, IDT). — [Чинний вщ 01−01−2012].- К.: Держспоживстандарт Украши, 2011. — 12 с. — (Нацюнальш стандарти Украши)
[13] Олейник Б. Н. Точная калориметрия / Б. Н. Олейник. — 2-е изд., перераб. — М.: Изд-во стандартов, 1973. — 208 с.
Сведения об авторах:
Снежкин Юрий Федорович, Институт технической теплофизики Национальной Академии наук Украины, зам. директора, член-корреспондент НАН Украины, д.т.н., профессор. Область научных интересов: процессы тепломассопереноса и их интенсификация, исследования кинетики конвективной сушки, разработка методов сушки различного рода материалов, разработка и создание энергоресурсосберегающих теплотехнологий и оборудования. E-mail: [email protected]
Михайлик Вячеслав Аврамович, Институт технической теплофизики Национальной Академии наук Украины, ведущий научный сотрудник, к.т.н. Область научных интересов: термический анализ, калориметрия, биотопливо, аккумулирования тепловой энергии. E-mail: [email protected]
Коринчевская Татьяна Владимировна, Институт технической теплофизики Национальной Академии наук Украины, научный сотрудник. Область научных интересов: аккумулирование тепловой энергии с применением материалов с фазовым переходом, термический анализ, калориметрия. E-mail: [email protected]
Воробьёв Леонид Иосифович, Институт технической теплофизики Национальной Академии наук Украины, ведущий научный сотрудник, к.т.н. Область научных интересов: приборы и методы измерения тепловых величин. E-mail: [email protected]
Декуша Леонид Васильевич, Институт технической теплофизики Национальной Академии наук Украины, заведующий отделом теплометрии, к.т.н. Область научных интересов: приборы и методы измерения тепловых величин. E-mail: [email protected]
ш ш П
й,
&amp-
¦
inprofteh.com.ua
«Удельная теплоемкость и теплопроводность теплоаккумулирующих материалов на основе парафина, буроугольного и полиэтиленового восков»
SPECIFIC HEAT CAPACITY AND THERMAL CONDUCTIVITY OF HEAT STORAGE MATERIALS BASED ON PARAFFIN, BROWN-COAL WAX AND POLYETHYLENE WAX
Snezhkin Yu., Mykhailyk V., Korinchevska T., Vorobiev L., Dekusha L.
Institute of Engineering Thermophysics of National Academy of Sciences of Ukraine
Abstract. The present paper overviews heat storage materials (HSM) with phase change based on organic compounds. They consist of paraffin, brown-coal wax and polyethylene wax. These materials are produced on an industrial scale for the foundry work. It is shown that heat capacity of HSM in the solid and liquid states can be used for heat storage in addition to the heat of phase change. The results of investigations of phase change during heating and cooling HSM are presented. The studies are carried out by differential scanning calo-rimetry (DSC). The measurement techniques of the specific heat capacity and the coefficient of thermal conductivity are shown. Temperature dependences of the specific heat capacity of HSM in the solid and liquid states are researched by DSC. Values of the coefficient of thermal conductivity are determined by contact stationary technique of the flat plate over the entire temperature range of the operation of heat storage system. Keywords: Heat storage, phase change, heat capacity, thermal conductivity.
CAPACITATEA SPECIFICA § I CONDUCTIBILITATEA TERMICA SPECIFICA A MATERIALELOR DE STOCARE DE CALDURA PE BAZA DE PARAFINA, CEARA DE LIGNIT § I
CEARA DE POLIETILENA Snejchin Iu., Mihailic V., Corincevscaia T., Vorobiev L., Decu^a L.
Institutul de Termofizica Inginereasca al Academiei Nafionala din Ucraina Rezumat. Articolul descrie materiale perspective de utilizare in scopul stocarii caldurii (MSC) cu tranzitie de faza pe baza compu§ ilor organici, care constau dintr-un ansamblu de componente: parafina, ceara de lignit § i ceara de polietilena. Aceste componente sunt produse la scara industriala pentru industria metalurgica. Este studiata posibilitatea de a utiliza in scopuri de stocare nu numai reie§ ind din caldura de tranzitie de faza, dar § i luand in considerare capacitatea termica a MSC in stare solida § i lichida. Sunt prezentate rezultatele cercetari ale proceselor tranzitiilor de faza in timpul incalzirii § i racirii cu utilizarea metodei calorimetriei cu scanare diferentiala (DSC). Sunt prezentate metodele de masurare a capacitatii termice specifice § i a coeficientului de conductivitate termica. Prin metoda DSC sunt cercetate dependentele de temperatura a capacitatii specifice a MSC in stare solida § i stare lichida. Valorile coeficientului de conductivitate termica sunt determinate prin metoda placii plate in banda de variere a temperaturii de lucru a acumulatorului de caldura. Cuvinte-cheie: Stocare caldura, tranzitie de faza, capacitate termica, conductivitate termica.
УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ И ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПАРАФИНА, БУРОУГОЛЬНОГО И ПОЛИЭТИЛЕНОВОГО ВОСКОВ Снежкин Ю. Ф., Михайлик В. А., Коринчевская Т. В., Воробьёв Л. И., Декуша Л.В.
Институт технической теплофизики НАН Украины Аннотация. В работе рассмотрены теплоаккумулирующие материалы (ТАМ) с фазовым переходом на основе органических соединений, состоящие из парафина, буроугольного и полиэтиленового восков, выпускаемые в промышленных масштабах для литейного производства. Рассмотрена возможность использования для аккумулирования энергии, помимо теплоты фазового перехода, теплоемкости ТАМ в твердом и жидком состояниях. Показаны результаты исследований фазовых переходов при нагревании и охлаждении ТАМ методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Приведены методики измерения удельной теплоемкости и коэффициента теплопроводности. Методом ДСК исследованы температурные зависимости удельной теплоемкости ТАМ в твердом и жидком состояниях. Значения коэффициента теплопроводности определены контактным стационарным методом плоской пластины во всем температурном диапазоне работы теплового аккумулятора.
Ключевые слова: Тепловое аккумулирование, фазовый переход, теплоемкость, теплопроводность.
Введение Обеспечение стабильной нагрузки на энергосистемы является актуальной проблемой в энергетике. Суточный график потребления электроэнергии в энергосистеме характеризуется резким ростом нагрузки в утренние и вечерние часы и значительным снижением в ночное время. При этом наибольшие проблемы возникают у электрогене-рирующих предприятий, так как возможность маневрирования мощностями у них сильно ограничена. Для частичного выравнивания суточных графиков нагрузки энергосистемы в Украине, как и в ряде стран Европы, введен льготный ночной тариф на электроэнергию, призванный стимулировать её потребление ночью.
Одним из экономически целесообразных направлений ночного потребления электроэнергии является аккумулирование, что позволяет накапливать энергию ночью по льготному тарифу и использовать ее постепенно в течение дня. В данном случае достаточно эффективным является использование электрических тепловых аккумуляторов.
Среди различных типов тепловых аккумуляторов перспективным является аккумулятор с использованием в качестве рабочего вещества материалов с фазовым переходом [1−4]. Его преимуществом является способность обеспечивать высокую плотность аккумулирования энергии в узком диапазоне температур с незначительным изменением объема теплоаккумулирующего материала (ТАМ) при фазовом переходе [5]. Наиболее распространенными материалами, которые используются для аккумулирования тепловой энергии, являются парафины [4].
В качестве ТАМ нами выбраны смеси на основе органических соединений, используемые в литейном производстве для изготовления моделей. Их выпуск налажен в промышленных масштабах в ООО «Химвоскпром» (г. Александрия, Украина). Смеси представляют собой сплав из парафина, буроугольного и полиэтиленового восков. Главное их преимущество состоит в том, что они в большинстве имеют фазовый переход в области температур, разрешенных санитарными нормами для жилых помещений, в процессе многократного циклического нагрева и охлаждения не теряют свои тепло-физические свойства [6], а в цене выгодно отличаются от чистых веществ.
Парафин, основный компонент смесей, является смесью углеводородов предельного ряда с кристаллической структурой. Углеводороды, входящие в состав парафина, представлены твердыми парафинами с температурой плавления 45. .65 °C и церезинами (температура плавления 60.80 °C) [7]. Его используют для придания моделям пластичности и устойчивости к трещинообразованию. Буроугольный воск — смесь воска, смолы и асфальтоподобных веществ. Это однородная масса темно-бурого цвета с интервалом плавления 82.90 °C. Имеет высокую прочность и твердость, способствует образованию твердой блестящей поверхности моделей [8]. Полиэтиленовый воск -синтетическое высокомолекулярное соединение с температурой плавления 80. 115 °C. Повышает термостойкость и прочность парафина в 1,5 — 2 раза [9].
Методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) исследованы фазовые переходы при нагревании и охлаждении ТАМ, в результате определены их термодинамические параметры — температурные интервалы, а также энтальпии плавления и кристаллизации (табл. 1). Многократное циклическое нагревание и охлаждение ТАМ показало стабильность их физико-химических свойств, обеспечивающих многолетнюю эксплуатацию в тепловых аккумуляторах [6].
В дериватографе Q-1000 исследована термостойкость ТАМ, эксплуатационная характеристика, от величины которой зависит температура поверхности нагревателей или промежуточного теплового агента в теплоаккумулирующих устройствах [10]. Результаты ранее проведенных исследований физико-химических свойств ТАМ частично представлены в табл. 1.
Таблица 1. Характеристики теплоаккумулирующих материалов Смесь, № Температурный интервал, °С Теплота фазового перехода, кДж-кг-1 Температура начала термической деструкции, °С
плавление кристаллизация плавление кристаллизация
1 (90% парафина + 10% буроугольного воска) 28.86 73.21 170,3 152,1 167
2 (85% парафина + 15% буроугольного воска) 30.86 74.22 174,1 164,4 163
3 (75% парафина + 20% буроугольного воска + 5% полиэтиленового воска) 30.102 88.22 163,1 139,8 170
Анализ полученных результатов показал, что смеси на основе парафина, буро-угольного и полиэтиленового восков имеют достаточно высокие величины теплоты фазовых переходов и обладают термической стойкостью, позволяющей использовать их в качестве рабочих тел теплоаккумулирующих устройств. Введение в состав смеси полиэтиленового воска вызывает расширение температурного диапазона фазового перехода, однако несколько понижает его удельную теплоту, что ставит в выгодное положение состав с 85% парафина и 15% буроугольного воска.
Кроме того, как видно из ДСК-кривых нагревания (рис. 1, а), на участках температур до плавления и после его завершения происходит аккумулирование теплоты за счет повышения внутренней энергии материала. Освобождается эта теплота при охлаждении ТАМ до начала кристаллизации и после ее завершения (рис. 1, б). При этом количество энергии, аккумулированной при нагревании и высвободившейся при охлаждении, зависит от теплоемкости ТАМ в твердом и жидком состояниях.
Рис. 1. ДСК-кривые нагревания (а) и охлаждения (б) ТАМ Теоретический расчет количества теплоты, запасенной аккумулятором с рабочим материалом на основе органических соединений с фазовым переходом, может быть выполнен по формуле:
Q = c™/(т)тТПЛ — T)+АНплш + cж/(т)т (г2 -T*) (1)
где:
cтв — удельная теплоемкость ТАМ в твердом состоянии, кДж-кг-1-К-1-
cж — удельная теплоемкость ТАМ в жидком состоянии, кДжкг» -К» —
m — масса ТАМ, кг-
T — температура окружающей среды, оС-
т2 — конечная температура нагревания ТАМ, оС-
TH — начальная температура плавления ТАМ, оС-
TjK — конечная температура плавления ТАМ, оС-
АНпп — удельная теплота плавления ТАМ, кДж-кг-1.
Количество теплоты отдаваемой аккумулятором в окружающую среду при охлаждении в том же температурном диапазоне равно количеству аккумулированной теплоты.
Неизвестными в уравнении (1) являются температурные зависимости удельной теплоемкости ТАМ в твердом cтв = f (т) и жидком cж = f (т) состояниях.
Для расчета теплообмена в аккумуляторе в режимах аккумулирования и разрядки также необходимы данные об изменении теплопроводности ТАМ.
В данной статье представлены результаты исследований температурных зависимостей коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости ТАМ в твердом и жидком состояниях.
Определение удельной теплоемкости ТАМ Теплоемкость смесей определялась в дифференциальном сканирующем микрокалориметре ДСМ-2М, оснащенном компьютерной программой сбора и обработки информации «ThermCap», написанной на языке программирования Delphi. Термостатиро-вание измерительного блока микрокалориметра осуществлялось водным раствором этанола, охлажденным в криостате МК-70 до -30 °С. Для предотвращения конденсации влаги в калориметрических ячейках измерительный блок заполняли осушенным газообразным гелием, поток которого контролировали в процессе измерений.
Образцы ТАМ массой 11. .13 мг закрывали в герметичные алюминиевые контейнеры с массой, отличающейся не более чем на ±0,02 мг.
Измерение осуществляли путем пошагового сканирования по методике, широко используемой во многих исследовательских лабораториях при определении удельной теплоемкости веществ и материалов [11, 12]. Температурный диапазон был разделен на интервалы, в конечных точках которых измеряли отклонения кривой ДСК от базовой линии после перевода микрокалориметра из режима сканирования в изотермический режим. Измерение отклонений повторяли не менее трех раз. Для этого каждый раз содержимое ячеек охлаждали до стартовой температуры, величина которой была на 20 °C ниже конечной температуры сканирования. Скорость сканирования составляла 8 К/мин.
Удельную теплоемкость измеряли в температурных интервалах 5.30 и 85.115 °С, соответствующих твердому и жидкому состоянию ТАМ.
На всех этапах измерения в ячейке сравнения находился пустой контейнер. В ходе измерений в измерительную ячейку поочередно помещали пустой контейнер, контейнер с эталонной мерой теплоемкости и контейнер с исследуемым образцом и определяли отклонения ДСК-кривой пустого контейнера (У), эталонной меры теплоемкости ев массой Шц (У^) и исследуемого образца массой тШ (Ут) от базовой линии. Расчет удельной теплоемкости исследуемого материала производили по формуле (2):
с ± г Ьс (2)
Ст» Г ± гк (2)
Средние значения абсолютного величин Г складывали со средними величинами Гт и? х, когда отклонения не совпадали по направлению относительно базовой линии и вычитали, если направления отклонений совпадали.
В качестве эталонной меры теплоемкости использовали синтетический корунд а-Л12О3, обладающий стандартными термодинамическими свойствами [13]. Удельную теплоемкость стандартного образца рассчитывали по аппроксимирующим температурные зависимости полиномам:
в интервале температур Т = 190−320 К пд = — 49,24 407 + 0,651 534 О — 771,53 10″6 О2 + 0,889−10−7 О3
и в интервале температур Т = 320−400 К пд = 147,4338- 0,0281 О + 0,45 О2 -18 190,6836/(0 -13,5) + 3,4768- 10 13(О — 273,15)4 .
Для оценки точности измерений была определена удельная теплоемкость образцовой меры (синтетического корунда) из теплового комплекта калориметра. Средняя квадратичная ошибка отдельного измерения и относительная погрешность составили 0,155 Дж-кг-1-К-1 и 0,67% соответственно.
Результаты определения удельной теплоемкости ТАМ в указанных интервалах температур представлены на рис. 2. В области от 30 до 80 °C наблюдается фазовый переход (плавление), поэтому измерение теплоемкости не производилось. Как видно с рисунка температурные зависимости удельной теплоемкости исследованных веществ и материалов в твердом и жидком состояниях имеют разный характер. В низкотемпературной области зависимости имеют большую крутизну, чем в области высоких температур, т. е. расплавы аккумулируют теплоту в основном за счет повышения температуры.
Наибольшую удельную теплоемкость, как в твердом, так и в жидком состояниях имеет парафин, наименьшую — буроугольный воск. Удельные теплоемкости смесей 1, 2 и 3 занимают промежуточное положение между значениями удельной теплоемкости парафина и буроугольного воска.
Проверочный расчет теплоемкости согласно правилу аддитивности показал, что вычисленные значения удельной теплоемкости смесей, как суммы парциальных величин экспериментально определенных теплоемкостей компонентов, имеют небольшое различие с измеренными калориметрическим методом. При 20 °C для смеси 1 расхождение значений составляет 7,6%, а для смеси 2 — 8,0%. При 100 °C для смеси 1 расхождение в значениях удельной теплоемкости составляет 0,3%, а для смеси 2 — 4,3% /www.ref.net.ua, 7/.
Как показывает опыт, использование правила аддитивности для расчета удельной теплоемкости композиционных материалов органического происхождения допускается лишь на стадии предварительной оценки. Из-за возможного взаимодействия компонентов, смеси могут приобретать новые свойства, что требует экспериментального определения теплоемкости.
Рис. 2. Зависимости удельной теплоемкости образцов ТАМ от температуры Определение теплопроводности ТАМ На теплопроводность материала влияет большое число параметров — температура, структура и состояние вещества, внешнее воздействие и др. Точное ее определение расчетным путем практически невозможно и поэтому значение коэффициента теплопроводности находят экспериментально.
Объектом исследования выбрана смесь 2, имеющая наивысшую величину энтальпии плавления и кристаллизации. Теплопроводность смеси определяли методом плоской пластины на разработанном и изготовленном в ИТТФ НАНУ приборе ИТ-7−60НМ, предназначенном для измерения теплопроводности твердых, мелкодисперсных сыпучих и жидких материалов.
Элементы прибора образуют ячейку-контейнер для образца в виде короткого цилиндра. Образец в ячейке-контейнере размещен между источником и стоком теплоты (нагревателем и холодильником) прибора, а боковые грани образца изолированы кольцом из теплоизоляционного материала. При измерениях поддерживают постоянные температуры нагревателя и холодильника прибора, а соответственно и постоянную разность температуры на поверхностях образца. Теплосъём со стока теплоты прибора осуществляется конвективно — продувкой окружающего воздуха через радиатор холодильника.
Исследования ТАМ, изменяющих свое агрегатное состояние в процессе исследований, проводилось с применением открытых ячеек-контейнеров с карманом для компенсации изменения объёма. Открытая сверху ячейка-контейнер (при снятом нагревателе) нагревалась до температуры на 3…5 К выше температуры плавления исследуемого материала и заполнялась порциями материала по мере его плавления. Добавление материала проводилось до заполнения всего объёма ячейки, включая карман. Затем устанавливался верхний нагреватель — ячейка закрывалась и медленно охлаждалась. При этом часть материала из кармана переходит в диск образца. Толщина этого диска определяется параметрами конструкции ячейки-контейнера.
2,5 -,
1,5 Н-1−1-1−1— —I-1−1-1−1-1
0 10 20 30 40 80 90 100 110 120 130
Температура, °С
-ж-Смесь 1 -«-Смесь 2 -*-Смесь 3 -«-Парафин Буроугольный воск Для измерения теплопроводности при заданной температуре образца устанавливают температуры нагревателя и холодильника прибора с разницей в 5…10 К. Для минимизации боковых теплопотерь образца, температуру защитного экрана прибора устанавливают соответствующую средней температуре между нагревателем и холодильником. После установления стационарного теплового режима проводят серию измерений сигналов преобразователей теплового потока (ПТП) и термоэлектрических преобразователей температуры, по которым рассчитывают средние значения тепловых потоков и температур.
Значение средней температуры образца (ср и значение теплопроводности при этой температуре Л.((ср) рассчитывают по формулам (3) и (4).
и + (
(ср
4ср) =
И.
2(А — ?2) 4 + 42
обр
(3)
(4)
— я.
бал где^, — значения температуры, найденные по показаниям термоэлектрических преобразователей, установленных над и под образцом, К-
4, 4 2 — значения плотности теплового потока, найденные по показаниям ПТП, установленных над и под образцом, Вт-м-2-
И обр — толщина образца, м-
ябал — балластное тепловое сопротивление между встроенными термоэлектрическими преобразователями и поверхностями образца, К-Вт»1.
Исследование теплопроводности теплоаккумулирующего материала состоит из серии экспериментов, для каждого из которых задается средняя температура образца. Измерения начинают при минимальном значении температур из рабочего диапазона и продолжают, увеличивая значение средней температуры.
Пределы основной относительной погрешности измерения коэффициента теплопроводности составляют ± 3.5%.
Результаты исследования теплопроводности представлены на рис. 3.
Температура, Рис. 3. Зависимости коэффициента теплопроводности от температуры (смесь № 2)
2
В интервале температур 20.30 °С, характерного для твердого состояния ТАМ, наблюдается постепенное увеличение коэффициента теплопроводности с ростом температуры — 0,242.0,245 Вт-м₁-К-1. Скачок значений коэффициента теплопроводности в интервале 40.80 °С объясняется фазовым переходом материала из твердого состояние в жидкое. Для жидкого состояния (80.120 °С) также характерно увеличение коэффициента теплопроводности с ростом температуры. Хотя сами значения коэффициента теплопроводности для жидкого состояния (0,189.0,198 Вт-м-1-К-1) изменяются незначительно.
Выводы В работе подвергнуты испытаниям теплоаккумулирующие материалы на основе органических соединений с фазовым переходом в области температур, разрешенных санитарными нормами для жилых помещений.
В результате исследований, проведенных методом ДСК, получены температурные зависимости удельной теплоемкости смесей на основе парафина, буроугольного и полиэтиленового восков в твердом и жидком состояниях. Несмотря на более высокие значения удельной теплоемкости состава смеси с полиэтиленовым воском в жидком состоянии по сравнению с составом, содержащим 85% парафина и 15% буроугольного воска, из-за снижения удельной теплоты перехода, приводящей к уменьшению емкости аккумулятора, этот состав не включен в перечень материалов для использования в качестве теплоаккумулирующих.
Во всем температурном диапазоне работы теплового аккумулятора контактным стационарным методом плоской пластины определены значения коэффициента теплопроводности смеси, содержащей 85% парафина и 15% буроугольного воска, рекомендованной для применения в качестве теплоаккумулирующего материала.
Показана возможность использования для аккумулирования энергии, помимо теплоты фазового перехода, теплоемкости исследованных теплоаккумулирующих материалов в твердом и жидком состояниях.
Полученные данные необходимы для составления полного теплового баланса и расчета теплообмена на этапах накопления теплоты аккумулятором и его разрядки.
[1] Abhat A. Low temperature latent heat thermal energy storage: heat storage materials / A. Abhat // Solar Energy. — 1983. — Vol. 30. — P. 313−332.
[2] Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications / B. Zalba, J. Marin, L. Cabeza, H. Mehling // Applied Thermal Engineering. — 2003. — Vol. 23. — P. 251−283.
[3] Sharma S.D. Latent heat storage materials and systems: A review / S.D. Sharma, K. Sa-gara // International Journal of Green Energy. — 2005. — Vol. 2. — Р. 1−56.
[4] Ukrainczyk N. Thermophysical Comparison of Five Commercial Paraffin Waxes as Latent Heat Storage Materials / N. Ukrainczyk, S. Kurajica, J. Sipusic // Chemical &amp- Biochemical Engineering Quarterly / — 2010. — Vol. 24., No.2. — P. 129−137.
[5] Коршчевська Т. В. Перспективы методи акумулювання теплово’-1 енергп / Т. В. Коршчевська // Науковi пращ Одесько’-1 нащонально! академи харчових технологий, Мш. Освгги i науки Украши. — Одеса: 2010. — Вип. 37. — c. 236 — 241.
[6] Теплофизические свойства теплоаккумулирующих материалов на основе органических соединений / В. А. Михайлик, Ю. Ф. Снежкин, Т. В. Коринчевская, А. С. Парняков, В. А. Постников // Промышленная теплотехника — 2011. — Т. 33, № 5. — С. 96−103.
[7] Переверзев А. Н. Производство парафинов / А. Н. Переверзев, Н. Ф. Богданов, Ю. Н. Рощин — М.: Химия, 1973. — 224 с.
[8] Модельные составы. Исходные материалы [Электронный ресурс] // УЗЦМ [сайт] -Режим доступа: http://www.uzcm.ru/spravka/tech/model/1.php
[9] Воск полиэтиленовый [Электронный ресурс] // Укрбелполимир [сайт] — Режим доступа: http://ubp.kh.ua/faq/linejnyj-polijetilen-nizkoj-plotnosti.html
[10] Снежкш Ю. Ф. Термiчна стшюсть композицшних теплоакумулюючих матерiалiв на основi органiчних сполук / Ю. Ф. Снeжкiн, В. А. Михайлик, Т. В. Коршчевська // Вюник Нацiонального унiверситету «Л^вська пол^ехшка» «Хiмiя, технология ре-човин та ix застосування» — 2013. — № 761. — С.270−273.
[11] Определение теплоемкости влагосодержащих материалов с помощью сканирующей калориметрии / В. А. Михайлик, Ю. Ф. Снежкин, А. Ф. Немчин, Е. О. Давидова // Промышленная теплотехника — 2002. — Т. 24, № 5. — С. 92−96.
[12] Пластмаси. Диференщальна сканувальна калориметрiя. Частина 4. Визначення пи-томо-i теплоемност: ДСТУ ISO 11 357−4:2010 (ISO 11 357−4:2005, IDT). — [Чинний вщ 01−01−2012].- К.: Держспоживстандарт Украши, 2011. — 12 с. — (Нацюнальш стандарти Украши)
[13] Олейник Б. Н. Точная калориметрия / Б. Н. Олейник. — 2-е изд., перераб. — М.: Изд-во стандартов, 1973. — 208 с.
Сведения об авторах:
Снежкин Юрий Федорович, Институт технической теплофизики Национальной Академии наук Украины, зам. директора, член-корреспондент НАН Украины, д.т.н., профессор. Область научных интересов: процессы тепломассопереноса и их интенсификация, исследования кинетики конвективной сушки, разработка методов сушки различного рода материалов, разработка и создание энергоресурсосберегающих теплотехнологий и оборудования. E-mail: [email protected]
Михайлик Вячеслав Аврамович, Институт технической теплофизики Национальной Академии наук Украины, ведущий научный сотрудник, к.т.н. Область научных интересов: термический анализ, калориметрия, биотопливо, аккумулирования тепловой энергии. E-mail: [email protected]
Коринчевская Татьяна Владимировна, Институт технической теплофизики Национальной Академии наук Украины, научный сотрудник. Область научных интересов: аккумулирование тепловой энергии с применением материалов с фазовым переходом, термический анализ, калориметрия. E-mail: [email protected]
Воробьёв Леонид Иосифович, Институт технической теплофизики Национальной Академии наук Украины, ведущий научный сотрудник, к.т.н. Область научных интересов: приборы и методы измерения тепловых величин. E-mail: [email protected]
Декуша Леонид Васильевич, Институт технической теплофизики Национальной Академии наук Украины, заведующий отделом теплометрии, к.т.н. Область научных интересов: приборы и методы измерения тепловых величин. E-mail: [email protected]
ш ш П
й,
&amp-
¦
ref.net.ua
Теплоемкость масла: таблица удельной теплоемкости
Что такое теплоемкость масла? Почему важно знать данный параметр? В чем он измеряется?
При выборе промышленного масла, главным показателем является эксплуатационные характеристики масла.
Они позволяют оценить масло относительно его промышленного применения.
В предыдущих статьях мы обсуждали такие показатели масла как вязкость, температура застывания, температура вспышки и плотность.
Еще одной характеристикой производительности, является теплоемкость масла, которой, как правило, уделяется мало внимания, хотя это один из самых важных показателей при выборе той или иной марки масла.
Что такое теплоемкость?
Так что же такое теплоемкость и почему ее важно знать при выборе масла? Теплоемкость – это количество теплоты, необходимое для нагрева тела на один градус.
Для масла, это физический параметр, определяемый отношением небольшого количества теплоты, получаемой маслом, к приращению его температуры. В международной системе единиц (СИ) единица измерения теплоемкости – Дж/К.
Удельная теплоемкость масла
На практике удобнее оперировать удельной теплоемкостью промышленного масла, которая представляет собой теплоемкость, отнесенную к единице количества масла.
В международной системе измерений СИ для измерения удельной теплоемкости, рекомендуется измерять это в Дж / кг × К). В некоторых случаях можно использовать калорий на килограмм на градус Кельвина, или джоулей на килограмм на градус по Цельсию (Дж / кг × ºС).
Если масло имеет высокую теплоемкость, оно может эффективно рассеивать тепло от различных частей оборудования, в котором оно циркулирует.
Удельная теплоемкость не является постоянной величиной. Она зависит от температуры и, как правило, в диапазоне 1.67-2.5 кДж / кг × ºС.
Для сравнения, теплоемкость:
чистой воды составляет 4,218 кДж / кг × ºС
бензина – 2,09 кДж / кг × ºС
керосина – 1,88 кДж / кг × ºС
гудрона – 2,09 кДж / кг × ºС
жидкого парафина – 2,13 кДж / кг × ºС
нашатырного спирта – 4,73 кДж / кг × ºС
oil-reclamation.globecore.ru
Лабораторная работа «Определение температуры отвердевания и удельной теплоты кристаллизации парафина»
Технологическая карта урока по физике в 10 классе.
Тема:

Класс: Лабораторная работа «Определение температуры отвердевания и удельной теплоты кристаллизации парафина».
10 класс
Тип урока: Урок применения предметных умений
Цели урока обеспечить освоение практических приемов определения температуры отвердевания и удельной теплоты кристаллизации парафина.
Задачи: Образовательные:
1. углубить теоретические и практические знания по теме «Тепловые процессы при нагревании и охлаждении. Фазовые переходы»;
2.организовать деятельность обучающихся по применению полученных знаний на практике.
Развивающие:
1.пробудить любознательность и инициативу, развивать устойчивый интерес к предмету;
2.развивать умения работать с физическим оборудованием;
3.развивать умения строить и анализировать графики и таблицы.
Воспитательные:
1.продолжить воспитание коммуникативной компетенции;
2.вовлекать обучающихся в активную практическую деятельность;
3.в процессе выполнения лабораторной работы содействовать развитию личностных качеств: сосредоточенность и внимание, терпение и аккуратность.
Планируемый результат
Предметные:
В результате обучающийся
знает, как определить температуру отвердевания и удельную теплоту кристаллизации.
умеет пользоваться физическим оборудованием.
имеет представление о фазовых переходах вещества при тепловых процессах.
В результате обучающийся получает возможность
научиться вычислять по формулам,
научиться строить и анализировать графики.
оценивать результат эксперимента и делать выводы УУД
Личностные:
1.ответственное отношение к учению, готовность и способность к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию;
2.целостное мировоззрение, соответствующее современному уровню развития науки и общественной практики;
3.осознанное, уважительное и доброжелательное отношение к другому человеку, его мнению.
Регулятивные:
1. умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата.
Познавательные:
1.умение строить рассуждение от общих закономерностей к частным явлениям и от частных явлений к общим закономерностям; рассуждение на основе сравнения предметов и явлений, выделяя при этом общие признаки.
Коммуникативные:
1. умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками; работать индивидуально и в группе: находить общее решение и разрешать конфликты на основе согласования позиций и учета интересов; формулировать, аргументировать и отстаивать свое мнение.
Основные понятия Удельная теплота плавления, плавление, кристаллизация, фазовые переходы, энергия, температура плавления.

Организация пространства
Основные виды учебной деятельности обучающихся Основные технологии Основные методы Формы работы Ресурсы
1.Выполнение фронтальной лабораторной работы.
2.Анализ формул.
3.Объяснение наблюдаемых явлений.
4.Измерение физических величин.
5. Построение и анализ графиков.
6. Анализ и сравнение табличных данных. Технология сотрудничества Словесные, наглядные, практические Общеклассная, парная Лабораторное оборудование: термометр, расправленный парафин, секундомер, линейка.
Ресурсы:
1. инструкции по выполнению работы;
2. таблицы «Температура плавления» и «Удельная теплота плавления веществ»;
3. презентация.
Структура и ход урока.
№ Этап урока Задачи этапа Деятельность
учителя Деятельность
ученика УУД Время
Вводно-мотивационный этап
1. Организационный этап Психологическая подготовка к общению Обеспечивает благоприятный настрой. Настраиваются на работу. Личностные 1 мин.

2. Этап мотивации. Обеспечить деятельность по актуализации знаний и определению целей урока. Фронтальная беседа по вопросам. Предлагает назвать тему урока, определить цель. Отвечают. Определяют тему урока и цель. Личностные, познавательные, регулятивные 5 мин.

Операционно-содержательный этап
3. Творческое применение и добывание знаний в новой ситуации Способствовать деятельности обучающихся по самостоятельному решению задач. Предлагает организовать деятельность согласно предложенным заданиям. Выполняют. Работают в парах. Личностные, познавательные, регулятивные 35 мин.
Рефлексивно-оценочный этап
4. Подведение итогов, рефлексия. Формируется адекватная самооценка личности, своих возможностей и способностей, достоинств и ограничений. Учитель предлагает ответить на вопросы анкеты «Пора делать выводы». Отвечают. Личностные, познавательные, регулятивные 3 мин.
5. Подача домашнего задания. Закрепление изученного материала. Запись на доске. Записывают в дневник. Личностные 1 мин.
Приложение.
Вопросы для беседы.
Вспомним!
1. Переход вещества из твердого состояния в жидкое…..
2. Переход вещества из жидкого состояния в твердое…..
3. Как изменяется внутренняя энергия вещества при фазовых переходах?
4. Как изменяется энергия молекул и их расположение?
5. Как изменяется характер движения молекул?
6. В какой момент тело начнет плавиться?
7. Изменяются ли молекулы вещества при плавлении?
8. Как изменяется температура вещества при плавлении?
9. Сравните внутреннюю энергию твердого тела и жидкости?
Физический практикум. Лабораторная работа «Определение температуры отвердевания и удельной теплоты кристаллизации парафина».
Теоретический материал: Плавление – переход вещества из твердого состояния в жидкое. Плавление каждого вещества происходит при определенной температуре, которую называют температурой плавления. Все подводимое тепло идет на разрушение кристаллической решетки, при этом увеличивается потенциальная энергия молекул. Кинетическая энергия остается без изменений и температура в процессе плавления не изменяется. После расплавления всего кристалла сообщаемое количество теплоты снова расходуется на увеличение кинетической энергии атомов или молекул расплава, что проявляется в дальнейшем повышении температуры.
Отвердевание или кристаллизация – процесс обратный плавлению. Осуществляется переход вещества из жидкого состояния твердое. Происходит при той же температуре, что и плавление. В процессе отвердевания также не изменяется. При охлаждении расплава до температуры кристаллизации за счёт уменьшения потенциальной энергии взаимодействия частиц среде отдаётся такое количество теплоты, какое было получено в процессе плавления твёрдого тела.
λ — удельная теплота плавления (кристаллизации) показывает какое количество теплоты необходимо сообщить 1кг данного вещества, чтобы перевести его из твердого (жидкого) состояния в жидкое (твердое) при условии, что оно уже нагрето (охлаждено) до температуры плавления (кристаллизации). Удельную теплоту плавления (кристаллизации) можно найти по формуле , где Q – количество теплоты, выделившееся при кристаллизации, m – масса парафина. Парафин – кристаллическое вещество, химическая формула парафина С20Н42. Количество теплоты Q нетрудно вычислить, считая, что количество теплоты q, отдаваемое парафином в единицу времени при охлаждении, остаётся постоянным при небольших изменениях температуры. Тогда Q = q(t2 – t1), где (t2 – t1) – интервал времени, в течении которого происходила кристаллизация парафина и его температура оставалась постоянной. Пренебрегая за малостью теплоёмкостью сосуда, получим, что при охлаждении расплава парафина в единицу времени среде отдаётся количество теплоты. q=cmT1-T2/t1
Тогда для расчета количества теплоты, выделившейся при кристаллизации, следует применить формулуQ=cmT1-T2/t1 (t2-t1). А удельную теплоту кристаллизации (плавления) вычислить по формуле.
λ = с(T1-T2)t1-t2/t1
Задание: исследуйте зависимость температуры расплавленного парафина от времени охлаждения. Определите температуру плавления (кристаллизации) парафина и удельную теплоту плавления (кристаллизации).
Приборы и материалы: термометр, расправленный парафин, секундомер.
Расчетная формула: λ = с(T1-T2)t1-t2/t1 удельная теплота кристаллизации парафина.
T1 – начальная температура парафина; T2 — температура кристаллизации; t1 — время охлаждения жидкого парафина; t2 — время кристаллизации. C=3200 Дж/кг К – удельная теплоемкость жидкого парафина.
Порядок выполнение работы.
1. Нагретый до 70 градусов расплавленный парафин вылейте в тигель (я использую металлическую коробку от старых диафильмов) из фольги. Опустить в парафин термометр, закрепленный в лапке штатива. Измерить начальную температуру парафина и запустить секундомер. Запишите в процессе опыта показания термометра и составьте таблицу зависимости температуры парафина от времени охлаждения. Опыт можно прекратить при температуре 30-35 градусов.
t, с (время) 0 30 60 90 120 150 180 210 …….
T,0C (температура) 70 ……..
2. По результатам опыта постройте график T(t). Определите из графика температуру плавления парафина (кристаллизации).
3. Вычислите удельную теплоту кристаллизации (плавления) парафина по формуле λ = с(T1-T2)t1-t2/t1.
Необходимые значения температуры Т2 и времени t1, t2 найдите по графику зависимости Т(t).
4. Оцените полученный результат. Сравните λ и Т плавления с данными из таблицы.
5. Дополнительное задание. Используя это полученное значение и химическую формулу парафина С20Н42, оцените энергию связи молекул в кристалле парафина в расчёте на одну молекулу.
Решение. Число молекул в m кг парафина N = NAm/М, где М – молярная масса, NА – число Авогадро. Искомая энергии связи, приходящаяся на одну молекулу кристалла, равна ε = λ/N, или ε = λM/NА

презентация
PPTX / 658.71 Кб
Контрольные вопросы.
1. Что называется удельной теплотой плавления кристалла?
2. Как влияет значение удельной теплоты плавления (кристаллизации) вещества на длину горизонтального участка кривой отвердевания?
3. Почему наклоны участков, соответствующих охлаждению расплава и твердого парафина, на графике различны?
Подведем итог нашей работы на уроке. (Слайд№9)
Учитель предлагает ответить на вопросы анкеты «Пора делать выводы».
Учащиеся. Пора делать выводы.
Я сам_____________________________________________________________
? Самым трудным было___________________________________________
! Есть предложение__________________________
Литература.
1. Журнал «Физика в школе» №5, 1993 год.
2. gigabaza.ru/doc/74888-p2.html
xn--j1ahfl.xn--p1ai
«Удельная теплоемкость и теплопроводность теплоаккумулирующих материалов на основе парафина, буроугольного и полиэтиленового восков»
SPECIFIC HEAT CAPACITY AND THERMAL CONDUCTIVITY OF HEAT STORAGE MATERIALS BASED ON PARAFFIN, BROWN-COAL WAX AND POLYETHYLENE WAX
Snezhkin Yu., Mykhailyk V., Korinchevska T., Vorobiev L., Dekusha L.
Institute of Engineering Thermophysics of National Academy of Sciences of Ukraine
Abstract. The present paper overviews heat storage materials (HSM) with phase change based on organic compounds. They consist of paraffin, brown-coal wax and polyethylene wax. These materials are produced on an industrial scale for the foundry work. It is shown that heat capacity of HSM in the solid and liquid states can be used for heat storage in addition to the heat of phase change. The results of investigations of phase change during heating and cooling HSM are presented. The studies are carried out by differential scanning calo-rimetry (DSC). The measurement techniques of the specific heat capacity and the coefficient of thermal conductivity are shown. Temperature dependences of the specific heat capacity of HSM in the solid and liquid states are researched by DSC. Values of the coefficient of thermal conductivity are determined by contact stationary technique of the flat plate over the entire temperature range of the operation of heat storage system. Keywords: Heat storage, phase change, heat capacity, thermal conductivity.
CAPACITATEA SPECIFICA § I CONDUCTIBILITATEA TERMICA SPECIFICA A MATERIALELOR DE STOCARE DE CALDURA PE BAZA DE PARAFINA, CEARA DE LIGNIT § I
CEARA DE POLIETILENA Snejchin Iu., Mihailic V., Corincevscaia T., Vorobiev L., Decu^a L.
Institutul de Termofizica Inginereasca al Academiei Nafionala din Ucraina Rezumat. Articolul descrie materiale perspective de utilizare in scopul stocarii caldurii (MSC) cu tranzitie de faza pe baza compu§ ilor organici, care constau dintr-un ansamblu de componente: parafina, ceara de lignit § i ceara de polietilena. Aceste componente sunt produse la scara industriala pentru industria metalurgica. Este studiata posibilitatea de a utiliza in scopuri de stocare nu numai reie§ ind din caldura de tranzitie de faza, dar § i luand in considerare capacitatea termica a MSC in stare solida § i lichida. Sunt prezentate rezultatele cercetari ale proceselor tranzitiilor de faza in timpul incalzirii § i racirii cu utilizarea metodei calorimetriei cu scanare diferentiala (DSC). Sunt prezentate metodele de masurare a capacitatii termice specifice § i a coeficientului de conductivitate termica. Prin metoda DSC sunt cercetate dependentele de temperatura a capacitatii specifice a MSC in stare solida § i stare lichida. Valorile coeficientului de conductivitate termica sunt determinate prin metoda placii plate in banda de variere a temperaturii de lucru a acumulatorului de caldura. Cuvinte-cheie: Stocare caldura, tranzitie de faza, capacitate termica, conductivitate termica.
УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ И ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПАРАФИНА, БУРОУГОЛЬНОГО И ПОЛИЭТИЛЕНОВОГО ВОСКОВ Снежкин Ю. Ф., Михайлик В. А., Коринчевская Т. В., Воробьёв Л. И., Декуша Л.В.
Институт технической теплофизики НАН Украины Аннотация. В работе рассмотрены теплоаккумулирующие материалы (ТАМ) с фазовым переходом на основе органических соединений, состоящие из парафина, буроугольного и полиэтиленового восков, выпускаемые в промышленных масштабах для литейного производства. Рассмотрена возможность использования для аккумулирования энергии, помимо теплоты фазового перехода, теплоемкости ТАМ в твердом и жидком состояниях. Показаны результаты исследований фазовых переходов при нагревании и охлаждении ТАМ методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Приведены методики измерения удельной теплоемкости и коэффициента теплопроводности. Методом ДСК исследованы температурные зависимости удельной теплоемкости ТАМ в твердом и жидком состояниях. Значения коэффициента теплопроводности определены контактным стационарным методом плоской пластины во всем температурном диапазоне работы теплового аккумулятора.
Ключевые слова: Тепловое аккумулирование, фазовый переход, теплоемкость, теплопроводность.
Введение Обеспечение стабильной нагрузки на энергосистемы является актуальной проблемой в энергетике. Суточный график потребления электроэнергии в энергосистеме характеризуется резким ростом нагрузки в утренние и вечерние часы и значительным снижением в ночное время. При этом наибольшие проблемы возникают у электрогене-рирующих предприятий, так как возможность маневрирования мощностями у них сильно ограничена. Для частичного выравнивания суточных графиков нагрузки энергосистемы в Украине, как и в ряде стран Европы, введен льготный ночной тариф на электроэнергию, призванный стимулировать её потребление ночью.
Одним из экономически целесообразных направлений ночного потребления электроэнергии является аккумулирование, что позволяет накапливать энергию ночью по льготному тарифу и использовать ее постепенно в течение дня. В данном случае достаточно эффективным является использование электрических тепловых аккумуляторов.
Среди различных типов тепловых аккумуляторов перспективным является аккумулятор с использованием в качестве рабочего вещества материалов с фазовым переходом [1−4]. Его преимуществом является способность обеспечивать высокую плотность аккумулирования энергии в узком диапазоне температур с незначительным изменением объема теплоаккумулирующего материала (ТАМ) при фазовом переходе [5]. Наиболее распространенными материалами, которые используются для аккумулирования тепловой энергии, являются парафины [4].
В качестве ТАМ нами выбраны смеси на основе органических соединений, используемые в литейном производстве для изготовления моделей. Их выпуск налажен в промышленных масштабах в ООО «Химвоскпром» (г. Александрия, Украина). Смеси представляют собой сплав из парафина, буроугольного и полиэтиленового восков. Главное их преимущество состоит в том, что они в большинстве имеют фазовый переход в области температур, разрешенных санитарными нормами для жилых помещений, в процессе многократного циклического нагрева и охлаждения не теряют свои тепло-физические свойства [6], а в цене выгодно отличаются от чистых веществ.
Парафин, основный компонент смесей, является смесью углеводородов предельного ряда с кристаллической структурой. Углеводороды, входящие в состав парафина, представлены твердыми парафинами с температурой плавления 45. .65 °C и церезинами (температура плавления 60.80 °C) [7]. Его используют для придания моделям пластичности и устойчивости к трещинообразованию. Буроугольный воск — смесь воска, смолы и асфальтоподобных веществ. Это однородная масса темно-бурого цвета с интервалом плавления 82.90 °C. Имеет высокую прочность и твердость, способствует образованию твердой блестящей поверхности моделей [8]. Полиэтиленовый воск -синтетическое высокомолекулярное соединение с температурой плавления 80. 115 °C. Повышает термостойкость и прочность парафина в 1,5 — 2 раза [9].
Методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) исследованы фазовые переходы при нагревании и охлаждении ТАМ, в результате определены их термодинамические параметры — температурные интервалы, а также энтальпии плавления и кристаллизации (табл. 1). Многократное циклическое нагревание и охлаждение ТАМ показало стабильность их физико-химических свойств, обеспечивающих многолетнюю эксплуатацию в тепловых аккумуляторах [6].
В дериватографе Q-1000 исследована термостойкость ТАМ, эксплуатационная характеристика, от величины которой зависит температура поверхности нагревателей или промежуточного теплового агента в теплоаккумулирующих устройствах [10]. Результаты ранее проведенных исследований физико-химических свойств ТАМ частично представлены в табл. 1.
Таблица 1. Характеристики теплоаккумулирующих материалов Смесь, № Температурный интервал, °С Теплота фазового перехода, кДж-кг-1 Температура начала термической деструкции, °С
плавление кристаллизация плавление кристаллизация
1 (90% парафина + 10% буроугольного воска) 28.86 73.21 170,3 152,1 167
2 (85% парафина + 15% буроугольного воска) 30.86 74.22 174,1 164,4 163
3 (75% парафина + 20% буроугольного воска + 5% полиэтиленового воска) 30.102 88.22 163,1 139,8 170
Анализ полученных результатов показал, что смеси на основе парафина, буро-угольного и полиэтиленового восков имеют достаточно высокие величины теплоты фазовых переходов и обладают термической стойкостью, позволяющей использовать их в качестве рабочих тел теплоаккумулирующих устройств. Введение в состав смеси полиэтиленового воска вызывает расширение температурного диапазона фазового перехода, однако несколько понижает его удельную теплоту, что ставит в выгодное положение состав с 85% парафина и 15% буроугольного воска.
Кроме того, как видно из ДСК-кривых нагревания (рис. 1, а), на участках температур до плавления и после его завершения происходит аккумулирование теплоты за счет повышения внутренней энергии материала. Освобождается эта теплота при охлаждении ТАМ до начала кристаллизации и после ее завершения (рис. 1, б). При этом количество энергии, аккумулированной при нагревании и высвободившейся при охлаждении, зависит от теплоемкости ТАМ в твердом и жидком состояниях.
Рис. 1. ДСК-кривые нагревания (а) и охлаждения (б) ТАМ Теоретический расчет количества теплоты, запасенной аккумулятором с рабочим материалом на основе органических соединений с фазовым переходом, может быть выполнен по формуле:
Q = c™/(т)тТПЛ — T)+АНплш + cж/(т)т (г2 -T*) (1)
где:
cтв — удельная теплоемкость ТАМ в твердом состоянии, кДж-кг-1-К-1-
cж — удельная теплоемкость ТАМ в жидком состоянии, кДжкг» -К» —
m — масса ТАМ, кг-
T — температура окружающей среды, оС-
т2 — конечная температура нагревания ТАМ, оС-
TH — начальная температура плавления ТАМ, оС-
TjK — конечная температура плавления ТАМ, оС-
АНпп — удельная теплота плавления ТАМ, кДж-кг-1.
Количество теплоты отдаваемой аккумулятором в окружающую среду при охлаждении в том же температурном диапазоне равно количеству аккумулированной теплоты.
Неизвестными в уравнении (1) являются температурные зависимости удельной теплоемкости ТАМ в твердом cтв = f (т) и жидком cж = f (т) состояниях.
Для расчета теплообмена в аккумуляторе в режимах аккумулирования и разрядки также необходимы данные об изменении теплопроводности ТАМ.
В данной статье представлены результаты исследований температурных зависимостей коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости ТАМ в твердом и жидком состояниях.
Определение удельной теплоемкости ТАМ Теплоемкость смесей определялась в дифференциальном сканирующем микрокалориметре ДСМ-2М, оснащенном компьютерной программой сбора и обработки информации «ThermCap», написанной на языке программирования Delphi. Термостатиро-вание измерительного блока микрокалориметра осуществлялось водным раствором этанола, охлажденным в криостате МК-70 до -30 °С. Для предотвращения конденсации влаги в калориметрических ячейках измерительный блок заполняли осушенным газообразным гелием, поток которого контролировали в процессе измерений.
Образцы ТАМ массой 11. .13 мг закрывали в герметичные алюминиевые контейнеры с массой, отличающейся не более чем на ±0,02 мг.
Измерение осуществляли путем пошагового сканирования по методике, широко используемой во многих исследовательских лабораториях при определении удельной теплоемкости веществ и материалов [11, 12]. Температурный диапазон был разделен на интервалы, в конечных точках которых измеряли отклонения кривой ДСК от базовой линии после перевода микрокалориметра из режима сканирования в изотермический режим. Измерение отклонений повторяли не менее трех раз. Для этого каждый раз содержимое ячеек охлаждали до стартовой температуры, величина которой была на 20 °C ниже конечной температуры сканирования. Скорость сканирования составляла 8 К/мин.
Удельную теплоемкость измеряли в температурных интервалах 5.30 и 85.115 °С, соответствующих твердому и жидкому состоянию ТАМ.
На всех этапах измерения в ячейке сравнения находился пустой контейнер. В ходе измерений в измерительную ячейку поочередно помещали пустой контейнер, контейнер с эталонной мерой теплоемкости и контейнер с исследуемым образцом и определяли отклонения ДСК-кривой пустого контейнера (У), эталонной меры теплоемкости ев массой Шц (У^) и исследуемого образца массой тШ (Ут) от базовой линии. Расчет удельной теплоемкости исследуемого материала производили по формуле (2):
с ± г Ьс (2)
Ст» Г ± гк (2)
Средние значения абсолютного величин Г складывали со средними величинами Гт и? х, когда отклонения не совпадали по направлению относительно базовой линии и вычитали, если направления отклонений совпадали.
В качестве эталонной меры теплоемкости использовали синтетический корунд а-Л12О3, обладающий стандартными термодинамическими свойствами [13]. Удельную теплоемкость стандартного образца рассчитывали по аппроксимирующим температурные зависимости полиномам:
в интервале температур Т = 190−320 К пд = — 49,24 407 + 0,651 534 О — 771,53 10″6 О2 + 0,889−10−7 О3
и в интервале температур Т = 320−400 К пд = 147,4338- 0,0281 О + 0,45 О2 -18 190,6836/(0 -13,5) + 3,4768- 10 13(О — 273,15)4 .
Для оценки точности измерений была определена удельная теплоемкость образцовой меры (синтетического корунда) из теплового комплекта калориметра. Средняя квадратичная ошибка отдельного измерения и относительная погрешность составили 0,155 Дж-кг-1-К-1 и 0,67% соответственно.
Результаты определения удельной теплоемкости ТАМ в указанных интервалах температур представлены на рис. 2. В области от 30 до 80 °C наблюдается фазовый переход (плавление), поэтому измерение теплоемкости не производилось. Как видно с рисунка температурные зависимости удельной теплоемкости исследованных веществ и материалов в твердом и жидком состояниях имеют разный характер. В низкотемпературной области зависимости имеют большую крутизну, чем в области высоких температур, т. е. расплавы аккумулируют теплоту в основном за счет повышения температуры.
Наибольшую удельную теплоемкость, как в твердом, так и в жидком состояниях имеет парафин, наименьшую — буроугольный воск. Удельные теплоемкости смесей 1, 2 и 3 занимают промежуточное положение между значениями удельной теплоемкости парафина и буроугольного воска.
Проверочный расчет теплоемкости согласно правилу аддитивности показал, что вычисленные значения удельной теплоемкости смесей, как суммы парциальных величин экспериментально определенных теплоемкостей компонентов, имеют небольшое различие с измеренными калориметрическим методом. При 20 °C для смеси 1 расхождение значений составляет 7,6%, а для смеси 2 — 8,0%. При 100 °C для смеси 1 расхождение в значениях удельной теплоемкости составляет 0,3%, а для смеси 2 — 4,3% [www.detsky-lektory.ru, 15].
Как показывает опыт, использование правила аддитивности для расчета удельной теплоемкости композиционных материалов органического происхождения допускается лишь на стадии предварительной оценки. Из-за возможного взаимодействия компонентов, смеси могут приобретать новые свойства, что требует экспериментального определения теплоемкости.
Рис. 2. Зависимости удельной теплоемкости образцов ТАМ от температуры Определение теплопроводности ТАМ На теплопроводность материала влияет большое число параметров — температура, структура и состояние вещества, внешнее воздействие и др. Точное ее определение расчетным путем практически невозможно и поэтому значение коэффициента теплопроводности находят экспериментально.
Объектом исследования выбрана смесь 2, имеющая наивысшую величину энтальпии плавления и кристаллизации. Теплопроводность смеси определяли методом плоской пластины на разработанном и изготовленном в ИТТФ НАНУ приборе ИТ-7−60НМ, предназначенном для измерения теплопроводности твердых, мелкодисперсных сыпучих и жидких материалов.
Элементы прибора образуют ячейку-контейнер для образца в виде короткого цилиндра. Образец в ячейке-контейнере размещен между источником и стоком теплоты (нагревателем и холодильником) прибора, а боковые грани образца изолированы кольцом из теплоизоляционного материала. При измерениях поддерживают постоянные температуры нагревателя и холодильника прибора, а соответственно и постоянную разность температуры на поверхностях образца. Теплосъём со стока теплоты прибора осуществляется конвективно — продувкой окружающего воздуха через радиатор холодильника.
Исследования ТАМ, изменяющих свое агрегатное состояние в процессе исследований, проводилось с применением открытых ячеек-контейнеров с карманом для компенсации изменения объёма. Открытая сверху ячейка-контейнер (при снятом нагревателе) нагревалась до температуры на 3…5 К выше температуры плавления исследуемого материала и заполнялась порциями материала по мере его плавления. Добавление материала проводилось до заполнения всего объёма ячейки, включая карман. Затем устанавливался верхний нагреватель — ячейка закрывалась и медленно охлаждалась. При этом часть материала из кармана переходит в диск образца. Толщина этого диска определяется параметрами конструкции ячейки-контейнера.
2,5 -,
1,5 Н-1−1-1−1— —I-1−1-1−1-1
0 10 20 30 40 80 90 100 110 120 130
Температура, °С
-ж-Смесь 1 -«-Смесь 2 -*-Смесь 3 -«-Парафин Буроугольный воск Для измерения теплопроводности при заданной температуре образца устанавливают температуры нагревателя и холодильника прибора с разницей в 5…10 К. Для минимизации боковых теплопотерь образца, температуру защитного экрана прибора устанавливают соответствующую средней температуре между нагревателем и холодильником. После установления стационарного теплового режима проводят серию измерений сигналов преобразователей теплового потока (ПТП) и термоэлектрических преобразователей температуры, по которым рассчитывают средние значения тепловых потоков и температур.
Значение средней температуры образца (ср и значение теплопроводности при этой температуре Л.((ср) рассчитывают по формулам (3) и (4).
и + (
(ср
4ср) =
И.
2(А — ?2) 4 + 42
обр
(3)
(4)
— я.
бал где^, — значения температуры, найденные по показаниям термоэлектрических преобразователей, установленных над и под образцом, К-
4, 4 2 — значения плотности теплового потока, найденные по показаниям ПТП, установленных над и под образцом, Вт-м-2-
И обр — толщина образца, м-
ябал — балластное тепловое сопротивление между встроенными термоэлектрическими преобразователями и поверхностями образца, К-Вт»1.
Исследование теплопроводности теплоаккумулирующего материала состоит из серии экспериментов, для каждого из которых задается средняя температура образца. Измерения начинают при минимальном значении температур из рабочего диапазона и продолжают, увеличивая значение средней температуры.
Пределы основной относительной погрешности измерения коэффициента теплопроводности составляют ± 3.5%.
Результаты исследования теплопроводности представлены на рис. 3.
Температура, Рис. 3. Зависимости коэффициента теплопроводности от температуры (смесь № 2)
2
В интервале температур 20.30 °С, характерного для твердого состояния ТАМ, наблюдается постепенное увеличение коэффициента теплопроводности с ростом температуры — 0,242.0,245 Вт-м₁-К-1. Скачок значений коэффициента теплопроводности в интервале 40.80 °С объясняется фазовым переходом материала из твердого состояние в жидкое. Для жидкого состояния (80.120 °С) также характерно увеличение коэффициента теплопроводности с ростом температуры. Хотя сами значения коэффициента теплопроводности для жидкого состояния (0,189.0,198 Вт-м-1-К-1) изменяются незначительно.
Выводы В работе подвергнуты испытаниям теплоаккумулирующие материалы на основе органических соединений с фазовым переходом в области температур, разрешенных санитарными нормами для жилых помещений.
В результате исследований, проведенных методом ДСК, получены температурные зависимости удельной теплоемкости смесей на основе парафина, буроугольного и полиэтиленового восков в твердом и жидком состояниях. Несмотря на более высокие значения удельной теплоемкости состава смеси с полиэтиленовым воском в жидком состоянии по сравнению с составом, содержащим 85% парафина и 15% буроугольного воска, из-за снижения удельной теплоты перехода, приводящей к уменьшению емкости аккумулятора, этот состав не включен в перечень материалов для использования в качестве теплоаккумулирующих.
Во всем температурном диапазоне работы теплового аккумулятора контактным стационарным методом плоской пластины определены значения коэффициента теплопроводности смеси, содержащей 85% парафина и 15% буроугольного воска, рекомендованной для применения в качестве теплоаккумулирующего материала.
Показана возможность использования для аккумулирования энергии, помимо теплоты фазового перехода, теплоемкости исследованных теплоаккумулирующих материалов в твердом и жидком состояниях.
Полученные данные необходимы для составления полного теплового баланса и расчета теплообмена на этапах накопления теплоты аккумулятором и его разрядки.
[1] Abhat A. Low temperature latent heat thermal energy storage: heat storage materials / A. Abhat // Solar Energy. — 1983. — Vol. 30. — P. 313−332.
[2] Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications / B. Zalba, J. Marin, L. Cabeza, H. Mehling // Applied Thermal Engineering. — 2003. — Vol. 23. — P. 251−283.
[3] Sharma S.D. Latent heat storage materials and systems: A review / S.D. Sharma, K. Sa-gara // International Journal of Green Energy. — 2005. — Vol. 2. — Р. 1−56.
[4] Ukrainczyk N. Thermophysical Comparison of Five Commercial Paraffin Waxes as Latent Heat Storage Materials / N. Ukrainczyk, S. Kurajica, J. Sipusic // Chemical &amp- Biochemical Engineering Quarterly / — 2010. — Vol. 24., No.2. — P. 129−137.
[5] Коршчевська Т. В. Перспективы методи акумулювання теплово’-1 енергп / Т. В. Коршчевська // Науковi пращ Одесько’-1 нащонально! академи харчових технологий, Мш. Освгги i науки Украши. — Одеса: 2010. — Вип. 37. — c. 236 — 241.
[6] Теплофизические свойства теплоаккумулирующих материалов на основе органических соединений / В. А. Михайлик, Ю. Ф. Снежкин, Т. В. Коринчевская, А. С. Парняков, В. А. Постников // Промышленная теплотехника — 2011. — Т. 33, № 5. — С. 96−103.
[7] Переверзев А. Н. Производство парафинов / А. Н. Переверзев, Н. Ф. Богданов, Ю. Н. Рощин — М.: Химия, 1973. — 224 с.
[8] Модельные составы. Исходные материалы [Электронный ресурс] // УЗЦМ [сайт] -Режим доступа: http://www.uzcm.ru/spravka/tech/model/1.php
[9] Воск полиэтиленовый [Электронный ресурс] // Укрбелполимир [сайт] — Режим доступа: http://ubp.kh.ua/faq/linejnyj-polijetilen-nizkoj-plotnosti.html
[10] Снежкш Ю. Ф. Термiчна стшюсть композицшних теплоакумулюючих матерiалiв на основi органiчних сполук / Ю. Ф. Снeжкiн, В. А. Михайлик, Т. В. Коршчевська // Вюник Нацiонального унiверситету «Л^вська пол^ехшка» «Хiмiя, технология ре-човин та ix застосування» — 2013. — № 761. — С.270−273.
[11] Определение теплоемкости влагосодержащих материалов с помощью сканирующей калориметрии / В. А. Михайлик, Ю. Ф. Снежкин, А. Ф. Немчин, Е. О. Давидова // Промышленная теплотехника — 2002. — Т. 24, № 5. — С. 92−96.
[12] Пластмаси. Диференщальна сканувальна калориметрiя. Частина 4. Визначення пи-томо-i теплоемност: ДСТУ ISO 11 357−4:2010 (ISO 11 357−4:2005, IDT). — [Чинний вщ 01−01−2012].- К.: Держспоживстандарт Украши, 2011. — 12 с. — (Нацюнальш стандарти Украши)
[13] Олейник Б. Н. Точная калориметрия / Б. Н. Олейник. — 2-е изд., перераб. — М.: Изд-во стандартов, 1973. — 208 с.
Сведения об авторах:
Снежкин Юрий Федорович, Институт технической теплофизики Национальной Академии наук Украины, зам. директора, член-корреспондент НАН Украины, д.т.н., профессор. Область научных интересов: процессы тепломассопереноса и их интенсификация, исследования кинетики конвективной сушки, разработка методов сушки различного рода материалов, разработка и создание энергоресурсосберегающих теплотехнологий и оборудования. E-mail: [email protected]
Михайлик Вячеслав Аврамович, Институт технической теплофизики Национальной Академии наук Украины, ведущий научный сотрудник, к.т.н. Область научных интересов: термический анализ, калориметрия, биотопливо, аккумулирования тепловой энергии. E-mail: [email protected]
Коринчевская Татьяна Владимировна, Институт технической теплофизики Национальной Академии наук Украины, научный сотрудник. Область научных интересов: аккумулирование тепловой энергии с применением материалов с фазовым переходом, термический анализ, калориметрия. E-mail: [email protected]
Воробьёв Леонид Иосифович, Институт технической теплофизики Национальной Академии наук Украины, ведущий научный сотрудник, к.т.н. Область научных интересов: приборы и методы измерения тепловых величин. E-mail: [email protected]
Декуша Леонид Васильевич, Институт технической теплофизики Национальной Академии наук Украины, заведующий отделом теплометрии, к.т.н. Область научных интересов: приборы и методы измерения тепловых величин. E-mail: [email protected]
ш ш П
й,
&amp-
¦
detsky-lektory.ru
Теплоемкость органических соединени — Энциклопедия по машиностроению XXL

ТЕПЛОЕМКОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ [c.214]Теплоемкость органических соединений в зависимости от температуры при нормальном давлении ………………….154 [c.4]
Теплоемкость органических соединений при давлении 760 мм рт. ст. и температуре 298,15°К [3.15] [c.146]
ТЕПЛОЕМКОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ [c.154]
Термодинамические функции (теплоемкость, энтропия и энтальпия) индивидуальных веществ (элементов и химических соединений) при температуре 298,15 К приведены в [I]. В [2] приведены термодинамические функции индивидуальных веществ (преимущественно в газообразном состоянии) в широкой области температур. Теплоемкости элементов и бинарных сплавов в широком интервале температур содержатся в [3, 15]. Теплоемкости элементов, неорганических и органических соединений приведены в [4]. Теплоемкости материалов при температурах ниже 300 К содержатся в [5]. [c.198]

В табл. 9.12 — 9.14 приведены значения теплоемкости различных органических соединений. [c.214] Таблица 9.12. Молярная изобарная теплоемкость Ср, Дж/(моль К) органических соединений при температуре 298,15 К [4]

Изложены новые динамические методы измерения теплопроводности и изобарной теплоемкости, динамической вязкости жидкостей и газов при высоких давлениях и температурах. Приведены результаты экспериментальных исследований теплопроводности, изобарной теплоемкости, динамической вязкости и температуропроводности различных классов органических соединений в широком диапазоне температур и давлений. [c.191]Теплоемкость Ср, дж1 (моль-град), органических соединений при давлении 760 мм рт. ст. [3. 181 [c.154]
Таблица 10.17 Скачок теплоемкости ЛСр органических соединений при фазовом переходе I рода [3, 4]

Как показано при обобщении полученных результатов по теплоемкости и коэффициенту теплопроводности органических соединений в жидкой фазе при атмосферном давлении, при Одинаковых значениях приведенной температуры т = Г/ теплофизические параметры всех жидкостей, принадлежащих одному гомологическому ряду, примерно одинаковы. Указанное [c.231]Энтропии и теплоемкости некоторых органических и неорганических соединений, а также энтропии, теплоты [c.237]
Теплоемкость (с ,) некоторых органических соединений (в идеальногазовом состоянии) ккал кг °С [c.195]
Теплоемкость Ср некоторых органических соединений (в идеальном состоянии), кДж/(кг.К) I16J [c.181]
В настоящей главе описываются методы расчета теплоты образования, теплоемкости и-энтропии (или энергии Гиббса) органических соединений в идеальногазовом состоянии. [c.203]
Поскольку для органических жидкостей отношение X удельных теплоемкостей лежит между 1,0 и 1,5, кривые зависимости с от гз нанесены в виде заштрихованных полосок. При увеличении гз кривые монотонно поднимаются, стремясь к бесконечности при Г5=1. Если теперь нанести на это семейство кривых ряды органических соединений, производимые друг от друга добавлением или отнятием отдельных атомов или атомных групп, то получим почти прямые линии, идущие поперек семейства изомерных кривых и стремящиеся сойтись при гз=1 в области около 1600 м сек. Так как при переходе к высшим гомологам в каждом ряду число атомов углерода и водорода в молекуле возрастает, то общая область сходимости определяется заполнением пространства для углеводородов. Дей-ствит ьно, согласно формуле (196), скорость [c.246]
Для измерения удельной теплоемкости в диапазоне температур от О до 100° С применяют модификацию методики, описанной Вейсбергером [130]. В качестве калориметра используют серебряный сосуд Дьюара, оборудованный стеклянной мешалкой пропеллерного типа. Температуру измеряют стеклянным ртутным термометром или термопарой, соединенной с самописцем. Образцы нагревают при помощи высокоомной (5 ом) проволочной спирали с оксидной изоляцией спираль заключена в стеклянную трубку. Нагреватель питается от батареи с последовательно подключенным реостатом, необходимым для снижения подводимого напряжения до 5 в. После шестиминутного нагревания температура органической жидкости повышается приблизительно на 4° С, температура залитой в калориметр воды — приблизительно на 2,4° С. Удельная теплоемкость самого калориметра измеряется при помощи воды, теплоемкость которой хорошо известна. Повышение или падение температуры в калориметре при выключенном нагревателе отмечается по записям самописца, снятым через минутные интервалы, охватывающие период работы и бездействие нагревателя. Таким образом измеряется приход или расход тепла, связанные с перемешиванием жидкости и теплоотдачей. Зная среднюю скорость изменения температуры в процессе определения удельной теплоемкости, можно рассчитать поправку, которая позволяет исключить влияние теплообмена с окружающей средой на результат определения [87]. [c.110]
Четыреххлористый углерод, тетрахлорометан, ССЦ, торговое обозначение тетра или бензиноформ. Очень жидкая, бесцветная жидкость со сладковатым запахом с уд. весом 1,595 к 1дм при 20° точка кипения 76,8°, точка затвердевания — 24°. Уд. вес паров 5,3 кг/м , удельная теплоемкость 0,2 кал кг теплота испарения 61,95 кал кг. Не горит и не образует с воздухом взрывчатой смеси. В воде растворяется мало (0,1%). Хорошее растворяющее средство для смолы, жиров, воска, парафина смешивается со многими органическими растворителями в любых пропорциях. Тетрахлорметан влияет на многие металлы, в особенности на железо, медь и алюминий для технических целей достаточно прочны соединения с цинком, оловом и свинцом, а в особенности с никелем. В присутствии воды медленно распадается на углекислоту и соляную кислоту. [c.1366]
К первой группе относятся СОЖ с малой вязкостью, большой теплоемкостью и теплопроводностью (водные растворы минеральных электролитов и водные эмульсии). Их применяют для повышения стойкости режущего инструмента и, в частности, при обдирочных работах. Широко распространенные водные эмульсии изготовляют из эмульсолов, представляющих собой водные мыльные растворы и растворы органических кислот в минеральных маслах, стабилизированных водой или спиртом. При соединении с водой получается эмульсия от молочно-белого до коричневого цвета. [c.15]
В молекуле водорода атом может рассматриваться как протон, находящийся на одном конце ковалентной связи. В отличие от других атомов, соединенных ковалентной связью, протон не экранируется окружающими электронами. Поэтому может возникнуть более тесная и прочная связь между таким протоном и электронами атомов других молекул. Это притяжение объясняет тот факт, что вода и НР имеют более высокую температуру кипенрм, чем другие жидкости с близкой молекулярной массой. Это же обстоятельство объясняет высокую удельную теплоемкость воды и хорошую способность органических молекул адсорбироваться на поверхностях. [c.10]
mash-xxl.info}

Тема: Класс:		Лабораторная работа «Определение температуры отвердевания и удельной теплоты кристаллизации парафина». 10 класс
Тип урока:		Урок применения предметных умений
Цели урока		обеспечить освоение практических приемов определения температуры отвердевания и удельной теплоты кристаллизации парафина.
Задачи:		Образовательные: 1. углубить теоретические и практические знания по теме «Тепловые процессы при нагревании и охлаждении. Фазовые переходы»; 2.организовать деятельность обучающихся по применению полученных знаний на практике. Развивающие: 1.пробудить любознательность и инициативу, развивать устойчивый интерес к предмету; 2.развивать умения работать с физическим оборудованием; 3.развивать умения строить и анализировать графики и таблицы. Воспитательные: 1.продолжить воспитание коммуникативной компетенции; 2.вовлекать обучающихся в активную практическую деятельность; 3.в процессе выполнения лабораторной работы содействовать развитию личностных качеств: сосредоточенность и внимание, терпение и аккуратность.
Планируемый результат Предметные: В результате обучающийся знает, как определить температуру отвердевания и удельную теплоту кристаллизации. умеет пользоваться физическим оборудованием. имеет представление о фазовых переходах вещества при тепловых процессах. В результате обучающийся получает возможность научиться вычислять по формулам, научиться строить и анализировать графики. оценивать результат эксперимента и делать выводы		УУД
		Личностные: 1.ответственное отношение к учению, готовность и способность к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию; 2.целостное мировоззрение, соответствующее современному уровню развития науки и общественной практики; 3.осознанное, уважительное и доброжелательное отношение к другому человеку, его мнению. Регулятивные: 1. умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата. Познавательные: 1.умение строить рассуждение от общих закономерностей к частным явлениям и от частных явлений к общим закономерностям; рассуждение на основе сравнения предметов и явлений, выделяя при этом общие признаки. Коммуникативные: 1. умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками; работать индивидуально и в группе: находить общее решение и разрешать конфликты на основе согласования позиций и учета интересов; формулировать, аргументировать и отстаивать свое мнение.
Основные понятия		Удельная теплота плавления, плавление, кристаллизация, фазовые переходы, энергия, температура плавления.
Организация пространства
Основные виды учебной деятельности обучающихся	Основные технологии		Основные методы	Формы работы	Ресурсы
1.Выполнение фронтальной лабораторной работы. 2.Анализ формул. 3.Объяснение наблюдаемых явлений. 4.Измерение физических величин. 5. Построение и анализ графиков. 6. Анализ и сравнение табличных данных.	Технология сотрудничества		Словесные, наглядные, практические	Общеклассная, парная	Лабораторное оборудование: термометр, расправленный парафин, секундомер, линейка. Ресурсы: 1. инструкции по выполнению работы; 2. таблицы «Температура плавления» и «Удельная теплота плавления веществ»; 3. презентация.

Парафина теплоемкость – — !

Пока горит…кристалл (Богданов К.Ю.)

«Удельная теплоемкость и теплопроводность теплоаккумулирующих материалов на основе парафина, буроугольного и полиэтиленового восков»

«Удельная теплоемкость и теплопроводность теплоаккумулирующих материалов на основе парафина, буроугольного и полиэтиленового восков»

Теплоемкость масла: таблица удельной теплоемкости

Что такое теплоемкость?

Удельная теплоемкость масла

Лабораторная работа «Определение температуры отвердевания и удельной теплоты кристаллизации парафина»

«Удельная теплоемкость и теплопроводность теплоаккумулирующих материалов на основе парафина, буроугольного и полиэтиленового восков»

Теплоемкость органических соединени — Энциклопедия по машиностроению XXL

Добавить комментарий Отменить ответ

№	Этап урока	Задачи этапа	Деятельность учителя	Деятельность ученика	УУД	Время
Вводно-мотивационный этап
1.	Организационный этап	Психологическая подготовка к общению	Обеспечивает благоприятный настрой.	Настраиваются на работу.	Личностные	1 мин.

2.	Этап мотивации.	Обеспечить деятельность по актуализации знаний и определению целей урока.	Фронтальная беседа по вопросам. Предлагает назвать тему урока, определить цель.	Отвечают. Определяют тему урока и цель.	Личностные, познавательные, регулятивные	5 мин.

Операционно-содержательный этап
3.	Творческое применение и добывание знаний в новой ситуации	Способствовать деятельности обучающихся по самостоятельному решению задач.	Предлагает организовать деятельность согласно предложенным заданиям.	Выполняют. Работают в парах.	Личностные, познавательные, регулятивные	35 мин.
Рефлексивно-оценочный этап
4.	Подведение итогов, рефлексия.	Формируется адекватная самооценка личности, своих возможностей и способностей, достоинств и ограничений.	Учитель предлагает ответить на вопросы анкеты «Пора делать выводы».	Отвечают.	Личностные, познавательные, регулятивные	3 мин.
5.	Подача домашнего задания.	Закрепление изученного материала.	Запись на доске.	Записывают в дневник.	Личностные	1 мин.

t, с (время)	0	30	60	90	120	150	180	210	…….
T,0C (температура)	70								……..