二乙二醇二甲醚液相导热系数实验研究

第29卷第8期工程热物理学报Vol 29. No82008年8月JOURNAL OF ENGINEERING THERMOPHYSICSAug,2008二乙二醇二甲醚液相导热系数实验研究刘云飞吴江涛许晓飞刘志刚西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安710049)要本文利用瞬态单热线法对温度区间233~373K、压力区间01~30MPa的二乙二醇二甲醚(DMDE)的导热系行了实验研究,为替代燃料研究提供了基础数据,导热系数测不确定度为±2%.实验数据拟合成导热系数关于温度和压力的方程,实验数据与拟合方程计算值的最大偏差为-256%,平均绝对偏差为091%关键词二乙二醇二甲醚;导热系数;瞬态热线法中图分类号:O621.24文献标识码:A文章编号: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引言很多文献中都有论述B4,其基本的工作方程为现有的研究表明,二乙二醇二甲醚(DMDE)含氧△Tu(0=4Xht+xhn()()量高,是一种潜在含氧燃料添加剂,可提高燃烧性能,降低毒性尾气排放;另外,DMDE在有机合成中有式中,A和a分别介质的导热系数和热扩散系数;多种用途,因此开展DMDE热物性研究是非常必△Td为热线的理想温升;q为单位长度线热源的加要的。根据文献调查,DMDE的导热系数研究非常缺热量;t为加热的时间;7为热线的半径;C=乏,除了R. Burgdorf曾测量了298.15K和323,15e=1.718.,为欧拉常数.巾式(1)可知,热线的理K常压下DMDE的导热系数外,未见其它相关报道.想温升与加热时间的对数呈线性关系因此可以从线因此,本文对DMDE的导热系数开展了实验研究,性回归的斜率得到被测流体的导热系数,并且从截距可以得到流体的热扩散系数,进而可以得到其比1实验原理定压热容。实验原理采用的理想模型,在实际测量过液体的导热系数测量有多种方法,而瞬态热线程中有许多因素需要考虑,需要对实测温升采取法是目前公认的测址流体导热系数最好的方法,具些必要的修正,具体内容可参见文献有精度高、测址速度快的优点,其测量原理是对在无限大介质中处于热平衡的无限长的线热源施加欣2导热系数测量系统冲热流,线热源的温度随即产生变化,根据温升-时整个测量系统主要由高低温恒温槽、温度测量间的关系,就可以得到液体的导热系数,具体原理在系统口中国煤化工制系统以及一些收稿日期:200801-15;修订日期:20080526CNMHG基金项目:全国优秀博士论文作者专项资金(No.200540);教育部新世纪优年计划( NO, NCET-05-0836)作者简介:刘云飞(1982-),男,内紫古赤峰人,硕上,主要从事导热系数实验研究及其数值模拟工程热物理学报配套的设备组成。恒温槽的的控温范围为210~500快速、稳定的低压电路开关切换功能,标准电阻是上K,其中低温槽用酒精作为恒温介质,恒温范围为海正阳仪表厂生产的BZ3C型直流电阻器,标称值190~320K,高温槽的恒温介质为201-10#甲基硅1欧姆,等级为0.002级,电阻器的年变化量不超过油,恒温范围为243~420K.在导热系数测量过程0.0%.整个系统通过GPIB总线连接到工控机,中,恒温槽的温度波动度小于±5mK/30min.温可以很好地实现采集的自动化度测量采用F700B(313~383K)、 Agilent3458A数字多用表(223~313K)和2592的标准长杆铂电阻温度计.导热系数温度测量的不确定度为±10mK,关于温度测量的详细说明可参见文献同6Kcythley 2400瞬态单热线法导热系数测量装置由装置本体和ExperimentalKeithley kResistan数据采集系统两个部分组成,装置本体如图1所示,使用的压力和温度范围分别为0~30MPa和Standard Resistance200~470K,该装置本体除了电路部分,金属部分全部采用316不锈钢材料,设计压力为40MPa.压Keythley 2010力腔体的密封采用耐腐蚀的聚四氟乙烯.在满足要图2数据采集系统求的前提下,本文尽可能地减小了装置的容积,以System of dat.减少被测流体的充灌量,实测容积约为40mL,热丝采用直径20μm,长度约85mm的铂丝,铂丝通压力控制系统主要由2PB-05平流泵组成,使用过聚四氟乙烯支架固定,在铂丝上、下末端10mm的压力范围是0-~42MPa处各焊接一根同样粗细的铂丝引出作为测压引线装置的检定采用甲苯作为标准物质,具体检定过程见参考文献4].检定结果表明,不同温度下得到的甲苯导热系数值与文献提供的标准值之间的偏差3210小于1%,最大偏差为0.87%,最小偏差为-0.06%平均绝对偏差为0.48%,实验结果表明本实验装置准确可靠3实验结果及分析实验使用的二乙二醇二甲醚由上海沪试化工厂生产,化学纯。本文在233~373K的温度范围内每隔20K测量了01MPa~30MPa的液相二乙二醇二甲醚的导热系数.实验结果见表1将实验数据拟合成导热系数关于温度和压力的方程,方程形式如下1.抽真空管2.进液管3.PTFE支架4.弹簧5.电压引线A=∑∑aT"P6.容器7.铂丝8.铜垫圈9.法兰10.PTFE垫圈=0j=011.密封件12.套筒13.引出线式中,导热系数,Wm-1K-1;T-温度图1实验装置图K;p-压力,MPaFig 1 Experimenetal apparatus of transient hot-wire拟合得到的式(2)中的系数a在表2中列出数据采集系统主要由 Keithley2010数字多用式(2)不具有外推性,适用于温度区间23373表、 Keithley2400数字源表、 Keithley7001开关系K、压力区间01~30MPa的DMDE液相导热系统、标准电阻、电阻箱、和工控机等组成,如图2所数的计算.实验数据与拟合方程偏差如图3所示示。两个 Keithley2010数字多用表,一个用来测量实验值与公式(2)计算值的最大偏差为-256%,平标准电阻两端的电压,从而可以得到通过热丝的电均绝中国煤化工中给出了2815流;另一个用来测量热丝两端电压。 Keithley2400K数字源表可提供稳定的电压源,同时可以通过计算验CNMH④值的偏差分别为机直接调节电压大小. Keithley7001开关系统提供1.12%和425%,可见实验结果相互吻合良好刘云飞等:二乙二醇二甲醚液相导热系数实验研究表1DMDE导热系数实验数据Table 1 Thermal conductivity of DMDE温度压力线功率导热系数偏差温度压力线功率导热系数偏差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中国煤化工294.2070.8170.724373878CNMHGAA=(入xp-λa),xp是实验值,l是公式(2)的计算值1290工程热物理学报表2式(2)中的系数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从图中可以看到,相同温度下DMDE的导热系数随压力的增大而增大,相同压力下导热系数随温度的升高而减小。4结论本文利用瞬态单热线法,对温度区间233~373240260280300320340360K、压力区间01~30MPa的二乙二醇二甲醚的导热系数进行了实验研充,将实验数据拟合成了导热图3DMDE导热系数实验值与计算值的偏差系数关于温度和压力的方程,实验数据与方程计算Fig3 Deviations of experimental data from eq (2)值的最大偏差为-2.56%,平均绝对偏差为091%计算出相同温度下导热系数实验数据的平均参考文献值拟合成相同压力下导热系数随温度变化的曲线,如图4所示,同理,计算出相同压力下导热系数实(1朱新宝,王甫全二乙二醇二甲醚的合成与应用江苏化验数据的平均值,拟合成相同温度下导热系数随压01,29(力变化的曲线,如图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宋琳丰碳酸二甲酯与碳酸二乙酯导热系数的实验研究图4DMDE的导热系数温度关系硕上论文].西安:西安交通大学,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]吴江漭.高梢度流体热物性测试系实验系统的研制及二甲醚热物理性质的研究:博上论文.西安:西安交通大学,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吴江涛,刘志刚,潘江高精度流体热物性测试试验系统的研制.西安交通大学学报,2004,38(9):937-942LIU Zhigang. PAn Jiang. Developmen图5DMDE的导热系数压力关系中国煤化工 Measurement SysteFig 5 Thermal conductivity of dMDE as afunction of pressureCNMHGan Jiaotong Univer-