Топливо

Охлаждающие свойства – методы оценки качества горюче-смазочных материалов

Охлаждающие свойства – эксплуатационное свойство, характеризующее способность нефтепродукта отводить тепло.

Уровень охлаждающих свойств нефтепродуктов оказывает влияние на процессы передачи теплоты между техническими устройствами и окружающей средой в процессе их эксплуатации. Необходимость в снижении температур нагретых поверхностей деталей и механизмов, для повышения надежности их эксплуатации приводит к необходимости в процессе конструирования решать задачу отвода тепла. Одним из элементов, позволяющих решить эту задачу, является использование нефтепродуктов в качестве хладагентов. При этом в качестве хладагентов могут выступать как топлива (реактивные топлива при эксплуатации газотурбинных двигателей), смазочные материалы для охлаждения трущихся поверхностей, так и охлаждающие жидкости в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания и др. Обеспечение эффективного теплообмена является основной функцией охлаждающих и смазочно-охлаждающих жидкостей. Процессы теплообмена используют для утилизации тепла отработавших газов, улучшения испарения и смесеобразования топлив во впускных системах и камерах сгорания двигателей, поддержания заданного температурного режима в системах охлаждения, радиаторах, картерах, узлах и агрегатах двигателей и машин.

Охлаждающие свойства нефтепродуктов, определяются уровнем их физико-химических свойств (рис. 1).

1. Теплопоглащающие свойства

Теплопоглащающие свойства – физико-химические свойства, характеризующие способность нефтепродукта к поглощению определенного количества тепла при контакте с нагретым телом.

Теплопоглащающие свойства, в свою очередь характеризуются рядом показателей качества, которые позволяют оценить свойства нефтепродукта, определяющие их способность к теплообмену (рис. 10.2).

Физико-химические свойства, характеризующие уровень охлаждающих свойств ГСМ

Рис. 1. Физико-химические свойства, характеризующие уровень охлаждающих свойств ГСМ

Показатели качества, определяющие уровень теплопоглащающих свойств ГСМ

Рис. 2. Показатели качества, определяющие уровень  теплопоглащающих свойств ГСМ

1.1 Определение удельной теплоемкости

Удельная теплоемкость – показатель качества, характеризующий способность нефтепродукта к поглощению определенного количества тепла на единицу объема.

Под удельной теплоемкостью понимается отношение количества теплоты, сообщаемой веществу в процессе, к изменению его температуры.

Теплоемкость нефтепродукта зависит от его химического состава, состояния и способа сообщения ему теплоты.

С увеличением в нефтепродуктах олефиновых и парафиновых углеводородов и уменьшением количества ароматических углеводородов, уровень теплоемкости повышается.

Для оценки уровня теплоемкости жидких нефтепродуктов может использоваться эмпирическая формула, связывающая изобарную теплоемкость (Ср0 при температуре 0 0С, кДж/кг·К) с плотностью продукта:

(154)

где А – коэффициент пропорциональности

ρ20 – плотность нефтепродукта при 20 0С, кг/м3.

Значения коэффициента пропорциональности, рекомендуемые при расчете теплоемкости нефтепродуктов, соответствуют: для бензинов – 53,5; авиакеросинов – 53.12.

Для расчета уровня теплоемкости, при различных температурах в пределах от –20 0С до температуры кипения исследуемого продукта можно также использовать эмпирическую зависимость:

(155)

где Ср0 – теплоемкость продукта при 0 0С, кДж/кг·К;

а – температурный коэффициент, 1/0С.

Поскольку, уровень теплоемкости нефтепродуктов также зависит от атмосферного давления, для расчетов изобарной теплоемкости, при заданных значениях температуры и давления (СP,t, кДж/кг·К) можно использовать формулу:

(156)

где Ct,Po – изобарная теплоемкость при температуре t и давлении 0,1 Мпа, кДж/кг·К;

ΔСP – поправка на давление, кДж/кг·К..

Известные из справочных данных экспериментальные значения поправки на барометрическое давление ΔСP, для авиационных керосинов приведены в приложении 10.

Известна зависимость, существующая между изобарной и изохорной теплоемкостью жидкостей, которая выражается в следующем соотношении:

(157)

где CV – изохорная теплоемкомсть, кДж/кг·К;

CP – изобарная теплоемкость, кДж/кг·К;

βS – адиабатический коэффициент сжимаемости;

βT – изотермический коэффициент сжимаемости.

1.2 Определение теплоты испарения

Теплота испарения – показатель качества, характеризующий количество теплоты выделяемой при испарении нефтепродукта.

Удельная теплота испарения с увеличением молекулярной массы и температуры кипения веществ аналогичного строения уменьшается. Теплота испарения характеризует межмолекулярные взаимодействия.

Теплота испарения (Qисп, кДж/кг) вычисляется по формуле:

(158)

где Т – абсолютная температура кипения продукта, К;

М – молекулярная масса;

К – коэффициент.

Коэффициент К, вычисляют по формулам:

(156) или (159)

Теплота испарения зависит от температуры кипения, а следовательно, и от давления, при котором испаряется горючее. При достижении критических значений этих физических величин, теплота испарения становится равной нулю.

Имея известные значения теплоты испарения (Qисп) при температуре кипения (Ткип), и критической температуры кипения (Ткр), при которой Qисп = 0, можно определить значение теплоты испарения (Qт) для заданной температуры – Т, по формуле:

(160)

2. Теплопередающие свойства

Теплопередающие свойства – физико-химические свойства, характеризующие способность нефтепродуктов к передаче определенного количества тепла при контакте с другими элементами среды.

Уровень теплопередающих свойств нефтепродуктов может быть оценен при помощи показателя «Коэффициент теплопроводности».

Коэффициент теплопроводности жидких углеводородов и горючего с повышением температуры убывает, с ростом давления возрастает.

При нормальных условиях, для индивидуальных углеводородов коэффициент теплопроводности (λ0) рассчитывается по формуле:

(161)

где М – молекулярная масса углеводорода.

Расчет данного коэффициента для топлив, может быть произведен по формуле:

(162)

где ρ – плотность топлива.

3. Низкотемпературные свойства

Низкотемпературные свойства – свойства нефтепродуктов, характеризующие их состояние при условии низких температур.

Оценка низкотемпературных свойств продуктов, применяющихся для охлаждения систем и агрегатов, необходима в первую очередь для определения допустимых температурных пределов эксплуатации, при которых сохраняется их работоспособность.

Большое значение низкотемпературные свойства играют для охлаждающих жидкостей автомобильной техники, применяемой в районах с холодным климатом, а также в частности для авиационных керосинов, которые используются для охлаждения в топливно-масляных агрегатах летательных аппаратов.

Показатели качества, характеризующие низкотемпературные свойства ГСМ, выступающих в роли охлаждающих жидкостей представлены на рис. 3.

Показатели качества, характеризующие низкотемпературные свойства охлаждающих жидкостей

Рис. 3. Показатели качества, характеризующие
низкотемпературные свойства охлаждающих жидкостей

3.1 Определение температуры замерзания

Температура замерзания (температура начала кристаллизации) – показатель качества, характеризующий прокачиваемость продукта при низких температурах.

Определение температуры начала кристаллизации топлив, осуществляется по ГОСТ 5066-91 «Топлива моторные. Методы определения температуры помутнения, начала кристаллизации и кристаллизации». Сущность методов испытаний и порядок их проведения указаны в пункте 2.1.

Для охлаждающих жидкостей типа «Тосол», «Лена» с различным уровнем низкотемпературных свойств используются методы испытаний, предлагаемые в технической документации на данные продукты.

Сущность методов испытаний заключается в том, что испытуемую жидкость охлаждают в специальном приборе (рис. 6) до тех пор, пока невооруженным взглядом не будет зафиксирована температура, при которой происходит помутнение.

Прибор Баумана-Фрома для определения температуры замерзания жидкостей Рис. 10.3. Прибор Баумана-Фрома
для определения температуры замерзания жидкостей:
1 – насадка;

2 – резиновые кольца;

3 – цилиндрический сосуд;

4 – термометр;

5 – мешалка;

6 – пробирка широкая

Для антифризов, существует распространенный экспресс-метод оценки низкотемпературных свойств, с использованием гигрометра.

Гидрометр, представляет собой денсиметр, имеющий две шкалы. По одной шкале определяется температура замерзания, а по второй содержание в продукте этиленгликоля. Также, гидрометр имеет термометр, по которому определяют температуру испытания.

Метод основан на зависимости плотности антифризов от соотношения в смеси этиленгликоля и воды.

Сущность экспресс-метода основана на визуальной оценке показаний шкалы гидрометра, помещенного в испытуемый продукт.

Поскольку, плотность продуктов зависит от температуры, для определения «истинных значений» содержания этиленгликоля и температуры замерзания пользуются таблицей перевода значений, полученных при температуре испытания («кажущиеся значения») к температуре 20 0С (приложение 11).

Соответственно, по полученному значению содержания этиленгликоля, определяется температура замерзания жидкости.

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *