Измерение изобарной теплоёмкости флюидов в критической области методом проточного адиабатического калориметра

Применительно к задаче уточнения фундаментальных уравнений состояния углеводородов рассмотрены методические и конструктивные особенности экспериментального измерения изобарной теплоёмкости в критической области методом проточного адиабатического калориметра. Усовершенствована система измерения давления введением дифференциального манометра в измерительную схему, что позволило не только повысить точность определения давления, но и реализовать универсальную схему калориметрического опыта. Использование универсальной схемы калориметрического опыта позволяет определить два значения изобарной теплоёмкости при давлениях, отличающихся на значение потерь давления в калориметре. Такой подход в критической области актуален, поскольку позволяет достаточно просто и надёжно определить величину производной теплоёмкости по давлению, по которой оценивается не только погрешность отнесения значения теплоёмкости по давлению, но и условия равновесности эксперимента в проточном калориметре. Рассмотрена методика определения и внесения поправки на негомогенность подводящих проводов дифференциальной термопары, на дросселирование потока вещества в калориметре. Получены корректные соотношения для определения средней температуры проведения измерительного опыта при различных способах измерения температуры и разности температур в проточном калориметре. Представлены результаты экспериментального измерения изобарной теплоёмкости и н-пентана в критической области, полученные с использованием универсальной схемы калориметрического опыта, для н-пентана измерения выполнены на изобаре 3,400 МПа (критическое давление 3,355 МПа), что является наиболее близким к критической точке в практике проточной калориметрии.

1. Кузнецов М. А., Григорьев Е. Б., Лазарев С. И. Калорические свойства углеводородов в жидком, газовом и сверхкритическом состояниях. Н-гептан // Теплофизика высоких температур. 2018. Т. 56. № 4. С. 514–526. https://doi.org/10.1134/S0018151X18040119

2. Grigoriev B. A., Alexandrov I. S., Gerasimov A. A., Fluid Phase Equilibria, 2016, vol. 418, рр. 15–36.https://doi.org/10.1016/j.fluid.2015.07.046

3. Александров И. С., Герасимов А. А., Григорьев Б. А. Новое фундаментальное уравнение состояния нормального пентана // Вести газовой науки. Актуальные вопросы исследования пластовых систем месторождений углеводородов. 2016. № 4(28). С. 87–95.

4. Герасимов А. А., Александров И. С., Григорьев Б. А. Новое фундаментальное уравнение состояния нормального гексана // Вести газовой науки. Актуальные проблемы добычи газа. 2018. № 1 (33). С. 117–128.

5. Сирота А. М. Исследование калорических свойств воды в широкой области параметров состояния (25–100 кгс/см2, 0–700 °С): автореф. дис. докт. техн. наук (Всесоюзный теплотехнический научно-исследовательский институт, Москва, 1970).

6. Герасимов А. А. Калорические свойства нормальных алканов и много-компонентных углеводородных смесей в жидкой и газовой фазах , включая критическую область: дис. докт. техн. наук (МЭИ, Москва, 2000).

7. Кузнецов М. А. Научные основы прогнозирования и расчета термодинамических свойств углеводородов: дис. докт. техн. наук (Воронежский государственный технический университет, Воронеж, 2008).

8. Кузнецов М. А. Модернизированный калориметр для измерения изобарной теплоемкости углеводородов проточным способом в критической области // Измерительная техника. 2005. № 8. C. 43–48.

9. Григорьев Б. А., Герасимов А. А., Александров И. С. Теплофизические свойства углеводородов нефти, газовых конденсатов, природного и сопутствующих газов: в 2-x т. / Под ред. Б. А. Григорьева. М.: Издательский дом МЭИ, 2019. Т. 1. 735 с.

10. Харин В. Е. Калорические свойства н-пентана в жидкой и паровой фазах, включая критическую область: дис. канд. физ-мат. наук (Кабардино-Балкарский государственный. университет, Нальчик, 1988)