二乙二醇二甲醚液相導熱系數實(shí)驗研究

第29卷第8期工程熱物理學(xué)報Vol 29. No82008年8月JOURNAL OF ENGINEERING THERMOPHYSICSAug,2008二乙二醇二甲醚液相導熱系數實(shí)驗研究劉云飛吳江濤許曉飛劉志剛西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國家重點(diǎn)實(shí)驗室,陜西西安710049)要本文利用瞬態(tài)單熱線(xiàn)法對溫度區間233~373K、壓力區間01~30MPa的二乙二醇二甲醚(DMDE)的導熱系行了實(shí)驗研究,為替代燃料研究提供了基礎數據,導熱系數測不確定度為±2%.實(shí)驗數據擬合成導熱系數關(guān)于溫度和壓力的方程,實(shí)驗數據與擬合方程計算值的最大偏差為-256%,平均絕對偏差為091%關(guān)鍵詞二乙二醇二甲醚;導熱系數;瞬態(tài)熱線(xiàn)法中圖分類(lèi)號:O621.24文獻標識碼:A文章編號:0253-231X(2008)08-1287THERMAL CONDUCTIVITY OF DIETHYLENE GLYCOLDIMETHYL ETHER IN LIQUID PHASELIU Yun-Fei WU Jiang- Tao XU Xiao-Fei LIU Zhi-Gang(State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, ChinaAbstract In order to provide the urgent thermophysical data for the research of alternative cleanfuels, using transient hot-wire method, the thermal conductivity of liquid diethylene glycol dimethyether were measured over the temperature range from 233 to 373 K and pressure range from 0.1 to 30Key words DMDE; thermal conductivity; transient hot-wire methd 83MPa. The uncertainty of the thermal conductivity was estimated as #2%. The experimental resultswere correlated as a function of temperature ande. The maximum and the average absolutedeviation of the experimental values from the calculated values were-26% and 0.91%, respectively0引言很多文獻中都有論述B4,其基本的工作方程為現有的研究表明,二乙二醇二甲醚(DMDE)含氧△Tu(0=4Xht+xhn()()量高,是一種潛在含氧燃料添加劑,可提高燃燒性能,降低毒性尾氣排放;另外,DMDE在有機合成中有式中,A和a分別介質(zhì)的導熱系數和熱擴散系數;多種用途,因此開(kāi)展DMDE熱物性研究是非常必△Td為熱線(xiàn)的理想溫升;q為單位長(cháng)度線(xiàn)熱源的加要的。根據文獻調查,DMDE的導熱系數研究非常缺熱量;t為加熱的時(shí)間;7為熱線(xiàn)的半徑;C=乏,除了R. Burgdorf曾測量了298.15K和323,15e=1.718.,為歐拉常數.巾式(1)可知,熱線(xiàn)的理K常壓下DMDE的導熱系數外,未見(jiàn)其它相關(guān)報道.想溫升與加熱時(shí)間的對數呈線(xiàn)性關(guān)系因此可以從線(xiàn)因此,本文對DMDE的導熱系數開(kāi)展了實(shí)驗研究,性回歸的斜率得到被測流體的導熱系數,并且從截距可以得到流體的熱擴散系數,進(jìn)而可以得到其比1實(shí)驗原理定壓熱容。實(shí)驗原理采用的理想模型,在實(shí)際測量過(guò)液體的導熱系數測量有多種方法,而瞬態(tài)熱線(xiàn)程中有許多因素需要考慮,需要對實(shí)測溫升采取法是目前公認的測址流體導熱系數最好的方法,具些必要的修正,具體內容可參見(jiàn)文獻有精度高、測址速度快的優(yōu)點(diǎn),其測量原理是對在無(wú)限大介質(zhì)中處于熱平衡的無(wú)限長(cháng)的線(xiàn)熱源施加欣2導熱系數測量系統沖熱流,線(xiàn)熱源的溫度隨即產(chǎn)生變化,根據溫升-時(shí)整個(gè)測量系統主要由高低溫恒溫槽、溫度測量間的關(guān)系,就可以得到液體的導熱系數,具體原理在系統口中國煤化工制系統以及一些收稿日期:200801-15;修訂日期:20080526CNMHG基金項目:全國優(yōu)秀博士論文作者專(zhuān)項資金(No.200540);教育部新世紀優(yōu)年計劃( NO, NCET-05-0836)作者簡(jiǎn)介:劉云飛(1982-),男,內紫古赤峰人,碩上,主要從事導熱系數實(shí)驗研究及其數值模擬工程熱物理學(xué)報配套的設備組成。恒溫槽的的控溫范圍為210~500快速、穩定的低壓電路開(kāi)關(guān)切換功能,標準電阻是上K,其中低溫槽用酒精作為恒溫介質(zhì),恒溫范圍為海正陽(yáng)儀表廠(chǎng)生產(chǎn)的BZ3C型直流電阻器,標稱(chēng)值190~320K,高溫槽的恒溫介質(zhì)為201-10#甲基硅1歐姆,等級為0.002級,電阻器的年變化量不超過(guò)油,恒溫范圍為243~420K.在導熱系數測量過(guò)程0.0%.整個(gè)系統通過(guò)GPIB總線(xiàn)連接到工控機,中,恒溫槽的溫度波動(dòng)度小于±5mK/30min.溫可以很好地實(shí)現采集的自動(dòng)化度測量采用F700B(313~383K)、 Agilent3458A數字多用表(223~313K)和2592的標準長(cháng)桿鉑電阻溫度計.導熱系數溫度測量的不確定度為±10mK,關(guān)于溫度測量的詳細說(shuō)明可參見(jiàn)文獻同6Kcythley 2400瞬態(tài)單熱線(xiàn)法導熱系數測量裝置由裝置本體和ExperimentalKeithley kResistan數據采集系統兩個(gè)部分組成,裝置本體如圖1所示,使用的壓力和溫度范圍分別為0~30MPa和Standard Resistance200~470K,該裝置本體除了電路部分,金屬部分全部采用316不銹鋼材料,設計壓力為40MPa.壓Keythley 2010力腔體的密封采用耐腐蝕的聚四氟乙烯.在滿(mǎn)足要圖2數據采集系統求的前提下,本文盡可能地減小了裝置的容積,以System of dat.減少被測流體的充灌量,實(shí)測容積約為40mL,熱絲采用直徑20μm,長(cháng)度約85mm的鉑絲,鉑絲通壓力控制系統主要由2PB-05平流泵組成,使用過(guò)聚四氟乙烯支架固定,在鉑絲上、下末端10mm的壓力范圍是0-~42MPa處各焊接一根同樣粗細的鉑絲引出作為測壓引線(xiàn)裝置的檢定采用甲苯作為標準物質(zhì),具體檢定過(guò)程見(jiàn)參考文獻4].檢定結果表明,不同溫度下得到的甲苯導熱系數值與文獻提供的標準值之間的偏差3210小于1%,最大偏差為0.87%,最小偏差為-0.06%平均絕對偏差為0.48%,實(shí)驗結果表明本實(shí)驗裝置準確可靠3實(shí)驗結果及分析實(shí)驗使用的二乙二醇二甲醚由上海滬試化工廠(chǎng)生產(chǎn),化學(xué)純。本文在233~373K的溫度范圍內每隔20K測量了01MPa~30MPa的液相二乙二醇二甲醚的導熱系數.實(shí)驗結果見(jiàn)表1將實(shí)驗數據擬合成導熱系數關(guān)于溫度和壓力的方程,方程形式如下1.抽真空管2.進(jìn)液管3.PTFE支架4.彈簧5.電壓引線(xiàn)A=∑∑aT"P6.容器7.鉑絲8.銅墊圈9.法蘭10.PTFE墊圈=0j=011.密封件12.套筒13.引出線(xiàn)式中,導熱系數,Wm-1K-1;T-溫度圖1實(shí)驗裝置圖K;p-壓力,MPaFig 1 Experimenetal apparatus of transient hot-wire擬合得到的式(2)中的系數a在表2中列出數據采集系統主要由 Keithley2010數字多用式(2)不具有外推性,適用于溫度區間23373表、 Keithley2400數字源表、 Keithley7001開(kāi)關(guān)系K、壓力區間01~30MPa的DMDE液相導熱系統、標準電阻、電阻箱、和工控機等組成,如圖2所數的計算.實(shí)驗數據與擬合方程偏差如圖3所示示。兩個(gè) Keithley2010數字多用表,一個(gè)用來(lái)測量實(shí)驗值與公式(2)計算值的最大偏差為-256%,平標準電阻兩端的電壓,從而可以得到通過(guò)熱絲的電均絕中國煤化工中給出了2815流;另一個(gè)用來(lái)測量熱絲兩端電壓。 Keithley2400K數字源表可提供穩定的電壓源,同時(shí)可以通過(guò)計算驗CNMH④值的偏差分別為機直接調節電壓大小. Keithley7001開(kāi)關(guān)系統提供1.12%和425%,可見(jiàn)實(shí)驗結果相互吻合良好劉云飛等:二乙二醇二甲醚液相導熱系數實(shí)驗研究表1DMDE導熱系數實(shí)驗數據Table 1 Thermal conductivity of DMDE溫度壓力線(xiàn)功率導熱系數偏差溫度壓力線(xiàn)功率導熱系數偏差T5P8m28m△0A22m2Nmx△2313.5010.10.14801.5089313.650.1477234.3315002934313.6845.00.1493234.1435.00.17040000313.8635.00.5760.149408250.1703314.1470.6220.14970.0582313.76810.00.4910.15141.000710.00.8240.15080.6004234.7350.17180.000031384410.00.6220.15080.60040.17370.0576313.78020.00.15490.15530.909234.00620.00.-0.2304313.79420.00.15480.58483.71430.0313.88233.960.175231416930338130.00.2278314.13430.00.6220.160614529253.9070.10.1646-0.1214333.7280.10.1329253.9720.10.6490.16410.4248333.98300.543-1.39910.7020.16420.364133.7240.10.5432.1:324253.7915.00.1670333.9335.00.502253.8820.7020.1667333.7890.50216595254,2875334.1115.00.1360254.08710.00.1694333.97710.00.16920.4154334.15510.010.00.7570.16970.7720333.95710.00.1381254.10320.00.7020.17220.2328333.60120.00.5020.14132.48450.7020.4075333.83120.00.5430.14112.5553017220.232833398820.00.5430.1410255700.1720333.94630.00.5430.1455-2.47990.2294333.94030.005430.1458254,41130.0-0.0574334.02430.00.14621448125353.6150.1273.7950.6070.16220.3092353.9715.0274.125500.16220.3092353.628500.1295273.6955.00.16200.123353.830.5140.12961.726827392910.00.6560.16320.3054353.905.00.4750.132417679274.18210.0-0.3056353.67010.00.4751.381427408310.00.7050.1834353.97610.00.514176791.1330353.95820.00.5140.13752.0787734353.940.13727082736200.5141.1105353.9630.4380.131.1569273.7830.1702353.58230.00.13960.6070.1698353.9990.5140.1399293.9350.0.15250.7162373.7950.10.3820.11010.6130.2606374.1790.10.4160.11020.6130.19533742920.10.4510.111105430293.604500.9640373.7215.00.4510.1140-0.34970.6140.1542-0.8997373.8305.00.11400.26250.15400.9646373.740.4880.1141026220.15740.0000373.92610.00.4510.11710.67850.157901904373.65210.00.11700.93140.2542294.112200.16319282373.588200.4161.1139373.84920.00.451-0.564293.92320.00.6620.7426373.69520.00.4880.402694.02130.00.16670.6643373.713H0.7943294.05030.00.6620.16690.7850373.921中國煤化工294.2070.8170.724373878CNMHGAA=(入xp-λa),xp是實(shí)驗值,l是公式(2)的計算值1290工程熱物理學(xué)報表2式(2)中的系數a4Table 2 Coefficient aig of eq ( 2)123791x103.10525×10-2-401151×10-39.47577×10-54.12683×104.01613×10-5961789×10-755325×10-7132585×10-73.21955×10-9-1.72155×10-91.01118×10-914428×10-10-3.55441x10從圖中可以看到,相同溫度下DMDE的導熱系數隨壓力的增大而增大,相同壓力下導熱系數隨溫度的升高而減小。4結論本文利用瞬態(tài)單熱線(xiàn)法,對溫度區間233~373240260280300320340360K、壓力區間01~30MPa的二乙二醇二甲醚的導熱系數進(jìn)行了實(shí)驗研充,將實(shí)驗數據擬合成了導熱圖3DMDE導熱系數實(shí)驗值與計算值的偏差系數關(guān)于溫度和壓力的方程,實(shí)驗數據與方程計算Fig3 Deviations of experimental data from eq (2)值的最大偏差為-2.56%,平均絕對偏差為091%計算出相同溫度下導熱系數實(shí)驗數據的平均參考文獻值擬合成相同壓力下導熱系數隨溫度變化的曲線(xiàn),如圖4所示,同理,計算出相同壓力下導熱系數實(shí)(1朱新寶,王甫全二乙二醇二甲醚的合成與應用江蘇化驗數據的平均值,擬合成相同溫度下導熱系數隨壓01,29(力變化的曲線(xiàn),如圖5所示ZHU Xinbao, WANG Fuquan. Systhesis and Applicationof Diethylene Glycol Dimethyl Ether. Jiangsu ChemicalIndustry.2001,29(4):38-412 Burgdorf R, Xocholl A, Arlt W, et al. Thermalphysi-cal Properties of Binary liquid Mixtures of Polyether andn-alkane at 298. 15 and 323. 15 K: Heat of Mixing, HeatCapacity, Viscosity, Density and Thermal Conductivity.0°Fluid Phase Equilibria, 1999,(164): 225-2550.23]Healy JJ, de groot J J, Kestin J. The Theory of the0.11Transient Hot-Wire Method for Measuring Thermal Con-ductivity, Physica, 1976, 82C: 392-408T/K4宋琳豐碳酸二甲酯與碳酸二乙酯導熱系數的實(shí)驗研究圖4DMDE的導熱系數溫度關(guān)系碩上論文].西安:西安交通大學(xué),2007Fig 4 Thermal conductivity of DMDE as a functionSONG Linfeng. Experimental Research of Thermal Con-ductivity of Dimethyl Carbonate and Diethyl Carbonatein the Liquid Phase: [Master Thesis]. Xi'an: Xi'an Jiao-0.18tong University, 2007阿]吳江漭.高梢度流體熱物性測試系實(shí)驗系統的研制及二甲醚熱物理性質(zhì)的研究:博上論文.西安:西安交通大學(xué),2003-°a3kKo25KwU Jiangtao. Development of the New ThermophysicalProperties Measurement System and Research of Ther-mophysical Properties of Dimethy Ether: [Ph D. Thesis]△273KV293KXi'an: Xi'an Jiaotong University, 2003◇33K<333K☆373K6吳江濤,劉志剛,潘江高精度流體熱物性測試試驗系統的研制.西安交通大學(xué)學(xué)報,2004,38(9):937-942LIU Zhigang. PAn Jiang. Developmen圖5DMDE的導熱系數壓力關(guān)系中國煤化工 Measurement SysteFig 5 Thermal conductivity of dMDE as afunction of pressureCNMHGan Jiaotong Univer-