+ All Categories
Home > Documents > Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

Date post: 06-Jul-2018
Category:
Upload: odormicchi
View: 217 times
Download: 0 times
Share this document with a friend

of 202

Transcript
  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    1/202

    CO  

    Oi

    CO  

    Q

    JTD-MT-2^1-133-71 

    FOREIGN

     TECHNOLOGY

     

    DIVISION  

    HEAT

     

    CONDUCTIVITY

     

    OP OASES

     

    AND

     

    LIQUIDS

     

    by

     

    N . B .

     

    Vargaftlk,

     

    L . 

    P. 

    Plllppov, 

    A .

     A.

     

    Tarzlmanov, 

    and

     R. 

    P .

     

    Yurchak

     

    u j 

    E

    s

     

    m

    c

     

    Approved

     

    for

      public 

    release;

     

    Distribution

     

    unlimited. 

    i

     

    Reproduced y 

    NATIONAL TECHNICAL 

    INFORMATION SERVICE 

    Springfi«M. *.  21151 

    W l

     

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    2/202

     .

    THIS DOCUMENT

    IS BEST

    QUALITY

    AVAILABLE

    THE

    COPY

    FURNISHED

    TO DTIC CONTAINED

    A

    SIGNIFICANT NUMBER OF

    PAGES

    WHICH

    DO

    NOT

    REPRODUCE LEGI LYo

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    3/202

    mm»» 

    FTP'MT-2^-133-71 

    EDITED 

    MACHINE RANSLATION 

    THERMAL

     CONDUCTIVITY

     OP GASES

     

    AND 

    LIQUIDS 

    By:  N . B . Vargaftlk, L .

     

    P . 

    Pilippov,

     

    A .

     

    A . Tarzlmanov,

     

    and  R . P . Yurchak 

    English

     

    pages:

     

    84

     

    Source:

     

    eploprovodnost' Gazov  

    . 1 

    Zhldkostey, 

    Moscow, 1970, pp. 1^-155. 

    This

     document Is 

    a SYSTRAN machine aided 

    translation,

     post-edited for

     

    technical

     

    accuracy

     

    b y: 

    ohn

     R. 

    Sechovlcz.

     

    UR/0000-70-000-000  

    Approved

     for public 

    release;

     

    distribution unlimited. 

    TMII

     

    RANSLATION

     

    S

     

    A

     

    MNMTIOH

     

    OP

     

    TNf

     

    OHM».

     

    NAL

     

    PORIMN

     TIKT

     WTNOUT AN Y

     

    ANAtYTICAL  

    M

    lO iTOKIAL OMMINT. STATIMfNT S 

    O B

     THIOMIS 

    AOVOCAT IOOR  IMPLIf0

    AMI

     TNOS I  O P  TNI SOURC I 

    ANOOO  

    NO T

     

    NIC SUMLY

     RIPLICT TNI POSIT ION 

    00 PINION P 

    NI

     ONI ION I CNNOLOOV . 

    PMPARIO

     

    IYI

     

    TRANSLATION I V I SMN

     

    POR I ION I CNNOLOOY  

    DIVISION

     

    •P.APR.

     

    ONIO. 

    FTP-MT- H-m~7i 

    PHI

     

    12

     Nov.

     If 71

     

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    4/202

    EMM** 

    Translator's

     note:

     

    n

     

    several 

    occasions,

     symbols

     

    found in 

    formulae

     and  calculations appear

     to

     have 

    been

     

    rendered

     

    incorrectly

     

    in

     

    the

     

    original

     

    document.

     

    They will  be shown 

    exactly

     as they  appear 

    in

     

    the original. 

    ä 

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    5/202

    T A B L E  P 

    O N T E N T S 

    U .  S. Board n

     

    Geographic

     

    ames Transliteration  ystem

     

    ^

    Designations  f he Trigonometric  unctions 

    V

    Foreword 

    i

     

    Chapter .  Questions 

    of

     he Measurement 

    Procedure 

    of

     

    Thermal

     Conductivity 

    Natural Convection 

    Temperature 

    um p

    T he

     

    ole

      f he 

    rocess

      f 

    Heat 

    Transfer 

    adiation

     

    ....

     

    Concerning  ew Methods 

    for

     

    Measuring

     he

     

    eat

     

    Conductivity

     

    f Gases

     

    and  iquids  0

     

    Chapter I. 

    Analysis 

    f he 

    xperimental

     Data.

     

    Recommended

     

    Values

     

    f Thermal Conductivity

     

    Helium 5

     

    Neon  1

     

    Argon

    8

     

    Krypton

     

    5

     

    Xenon

    9

    Hydrogen 2

     

    Nitrogen

    Oxygen

     

    4

     

    Air 9 

    Carbon Dioxide

     

    6

     

    Ammonia  04 

    V a p o r s

     

    o f .   Hydrocarbons

     

    o f

     

    t h e

     

    Methane Series

     

    a t

     

    Atmospheric 

    Pressure

      10 

    M e t h a n e

    2 2 

    Ethane

     

    2 6

     

    Propane  31

     

    Butane

      34 

    P e n t a n e

      36 

    Hexane  37 

    Heptane  40 

    ^0-^- 24 -1 3 3 -71 

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    6/202

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    7/202

    U . 

    S .

     

    BOARD

      ON  GEOGRAPHIC  NAMES

     

    TRANSLITERATION  SYSTEM 

    B l o c k talic ransliteration  Block t a l i c ransliteration 

    Ai

      A

      a  A ,

     a

     9  P  p

     

    , r 

    B

     

    6  

    B, b 

    C  

    C   e   S,

      8

     

    B

      B  

    V, 

    T  

    T,

     

    t

     

    0,

      g 

    U,

     

    u

     

    fl

     >

     

    n

     

    9

     

    D,  d 

    < t >  

    P,

      f 

    E

     

     

    $

     

    Ye, ye; 

    ,

      e* 

    X  

    X  

    X  

    X

     

    Kh, 

    kh 

    ) K

     

    w   H I  

    OK

     

    Zh,  2h 

    u  

    u  

    a

     

    H  

    Ts, 

    ts

     

    3  •

     

    Z, 

    z

     

    M  

    •1  

    V  

    H  

    Ch,

      h 

    H  

    N  

    H

     

    u

     

    I,

      i

     

    I I I  

    t u  

    lü  

    Sh, 

    sh

     

    n

     

    t

     

    R

     

    a

     

    Y,

     

    1 1 1

     

    U l 

    m

     

    > H

     

    Shch,

     

    shch

     

    K

     

    K

     

    K

     

    K

     

    K ,

     

    k

     

    • b

     

    %

     

    z >

     

    »

     

    ji

     

    JI

     

    A  

    L,  1 

    bl  

    u

     

    hi  

    M

     

    Y, 

    M

     

    M  

    M  

    M

     

    M,  m  

    b

     

    b

     

    k

     

    • 

    H

      H  

    H

     

    H

     

    N, 

    3

     

    »

     

    9

      1 

    E,

      e 

    0  o 

    0

     

    0«   o 

    10

     

    »

     

    J O

     

    1 0

     

    Yu, yu 

    n  n

     

    n

     

    n  

    P, 

    a  

    n

     

    fl 

    n  

    Ya, ya

     

    W F e  

    *

     ̂£ 

    Initially,

     after

     

    owels, 

    and 

    fter ,  b;

     

    elsewhere, 

    len

     written  s  n

     

    Russian, 

    transliterate

     s 

    8

     

    T he  se 

    f

     diacritical marks 

    s

      referred, but

     

    uch marks 

    m ay 

    e mitted

      hen xpediency dictates. 

    PTD-MT-24-133-71

     ü

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    8/202

    n  

    'OUXHÜiQ RE H E .

     

    O R t t E S P O N D I H G USSIAN H O

     

    M G L I S H  

    DESICMATIONS

     

    ? " K L 

    HIOOIIOMEIKIC

     UNCTIOMS 

    Russian

     

    s i n 

    e o s

     

    t g 

    ctg 

    SSO 

    cosec

     

    • h 

    e h

     

    t h

     

    e t h 

    « e h 

    csch

     

    a r e 

    s i n

     

    a r c

     e o s

     

    a r c 

    t g 

    a r c 

    c t g

     

    a r e 

    SS O 

    are 

    cosse 

    a r e 

    s h

     

    a r e

     

    o h

     

    a r e

     

    t h

     

    a r e 

    c t h

     

    a r e s c h

     

    a r e

     

    eseh 

    rot 

    If 

    English

     

    sin 

    cos 

    tan

     

    oot 

    B SC  

    esc 

    sinh 

    cosh 

    tanh

     

    coth 

    sseh 

    eseh

     

    oln-  ̂

    eos"

    tan-1 

    oof

    sse

     

    esc 

    -1

     

    -1 

    sinh

    1

     

    eosh-

    1

     

    tanh-

    1

     

    coth-

    sseh-

    1

     

    eseh-

    1

     

    earl

     

    log 

    FTD-' T-2'

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    9/202

    This

     eference 

    ook

     epresents

     

    ystem- 

    atized nd  ritical urvey 

    f

     he 

    asic 

    xper- 

    imental

      ata or he

      ost 

    widely 

    tudied

     

    substances 

    n

     iquid nd 

    aseous

     tates (for 

    helium,

     eon,

     

    rgon, krypton, xenon,  ydrogen, 

    nitrogen,

     

    xygen,

     

    ir,

     

    arbon

     

    ioxide,

     

    mmonia,

     

    ten ydrocarbons, arbon 

    etrachlorlde, 

    thyl 

    alcohol nd

     

    water). 

    Tables

      f

     he

     most

     eliable 

    alues

     

    f

     he

     

    thermal onductivity 

    of

     all he 

    ited

     ubstances 

    in  wide 

    ange

      f emperatures nd

     

    pressures 

    have

     been

     

    ompiled. 

    There

     

    re 0 

    ables,

     61 llustrations, 

    and

     

    56 

    ibliography

     ntries. 

    T he ook

     

    s ntended or  wide

      ircle

     

    of engineers nd 

    cientific

     workers

     

    f various 

    branches

     

    f

     

    echnolopry,

     

    nd

     

    lso

     

    or

     

    tudents

     

    and

     graduate  ssistants. 

    PrD-MT-24-133-71 

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    10/202

    f

     

    MMMnHMHHBHMHaBMHBMHMnHHHHMRS^'

    1

    '

    1

    '' ' 

    POREWORD 

    In 

    he

     most  lvarse  ranches  f modern cience nd echnology 

    data 

    n

     

    heat

     

    conductivity

     of 

    many

      ases 

    and

     iquids 

    re

     mployed. 

    In 

    connection

     with

     

    his here xists he eed or

     

    he

     

    ompilation 

    of 

    ables

      f he 

    ecommended

     

    eference

      alues  f he hermal 

    conductivity

     

    ased n

     

    areful

     

    nalysis 

    of

     he

     

    xisting 

    experimental

     

    results.

     

    This

     work hould e  iewed 

    s

      part  f he 

    rogram

     of he 

    State 

    ureau

     of Standard

     nd

     Reference 

    Data 

    Q S S S D )

     

    for he 

    ublica-

     

    tion

      f undamental 

    manuals 

    n

     he  roperties 

    of

     

    ubstances, 

    hich

     

    are

      idely  sed n 

    modern

     

    echnology nd

     

    re

      ecessary or 

    he 

    successful

     

    evelopment

     

    f

     

    ew

     

    cientific-research

     

    works.

     

    Recently n

     

    he

      S A

     n ommission  f he

     National

     

    Bureau

     of 

    Standards

     

    he 

    am e

      ork w as  artially carried ut  t he Thermo- 

    ohyslcal

     

    roperties

      esearch

      enter Purdue 

    University.

     

    A s

     

    esult 

    there 

    as ublished

     n

     

    966-1968  book

     n 

    wo 

    parts 

    [1],

      /hlch 

    ives 

    the ecommended

      alues

      f he

     

    hermal onductivity of 0

     olid

     

    substances 

    nd 

    2

     

    ubstances n he 

    iquid

     nd gaseous

     

    tates. 

    In

     his

     

    ublication  f he B S he

     emperature ependence 

    f he 

    thermal onductivity 

    as

      stablished nly or are  ases (with  1

     

    atm),

     nd 

    or

     

    iquids

     he values

     

    f he 

    hermal

     

    onductivity

      as 

    given nly 

    n

     he 

    aturation 

    ine.  T he ependence  f he hermal 

    conductivity 

    n

     he  ressure 

    as 

    ot  stablished.  It 

    s

      atural hat 

    such  ata annot satisfy he emands of modern cience nd

     echnology.

     

    It

     hould 

    e  oted

     

    hat

     for 

    many

     ubstances,

     presented

     

    n

     he

     

    ables 

    .

     :rr-2'j-i33-7i i 

    .

     ., 

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    11/202

    of 

    he

     B S , 

    here

     

    xists

     In he

     iterature

     xperimental

     

    ata 

    n

     he 

    thermal 

    onductivity

     

    t

      sufficiently 

    igh

     pressures. 

    It 

    s

      lso

     ignificant 

    hat n  umber

     of ases he  alues  f 

    the hermal

     

    onductivity

      f

     

    gases nd

     iquids ecommended

     n 

    1] re 

    based n veraged

     

    urves

     

    constructed ccording o he 

    ata

      f  arious 

    authors 

    without

     

    he

     necessary

     

    nalysis

     

    f he methods

      f

     measurement 

    employed

     

    or

     he

     

    egree of ccuracy  f he nitial xperimental 

    results.  T he 

    ethods

      f  btaining 

    eferenced

      ata y 

    eans

      f 

    simple 

    veraging

     f existing experimental  alues,  ithout onsideration 

    of

     heir qualities as 

    ed

     o he act 

    hat 

    n he

     

    ables

     

    f he 

    National

     

    ureau

     

    of

     

    Standards

     

    f

     

    he

     

    S A

     

    1]

     

    he

     

    alues

     

    of

     

    he

     

    thermal 

    onductivity

      f water vapor  t  levated 

    emperatures

     

    significantly 

    iffer

     

    rom

     hose

     

    dopted n he nternational ables 

    In 

    9 64 2,

     

    3] 

    nd

     o beyond he imit 

    f

     olerances

     

    stablished n 

    these ables. 

    W e

     uggest hat he

     

    eferenced

     

    ecommendations

     

    must e

     

    ompiled 

    by  eans 

    of  areful

     

    election

      f he  ost

     

    eliable nitial

      ata 

    for 

    ignificant 

    umber 

    of ubstances.

    For iquids nd  ases.

     

    In

     

    hose

     

    ases

     

    here

     

    t

    Is

     

    ossible.

     

    It

     

    s

     

    ssential

     

    o

     

    epresent

     

    he

     

    dependence

     

    f he hermal conductivity

     

    he

     emperature nd 

    pressure. 

    Such

      ork n he ompilation  f

     

    ables  f 

    ecommended

      alues  f 

    the

     hermal onductivity

     s ery 

    aborious.

     

    It

    can e 

    one

     

    sufficiently

     well

     

    nly

     y  ersons

     

    aving

     

    experience n

     

    xperimental

     

    research

     n 

    his

     rea.  A s

     a

     result,

     a 

    eries

     

    f

     books

     

    ust

     e 

    published.

    T he

     

    resent 

    ook

     s 

    he first

      f 

    his

     eries.  It

     

    Includes  ata n 

    he

     hermal onductivity  f 5

     

    ubstances

     

    n he 

    liquid 

    nd

     

    as 

    hases,

     most

     

    widely

     

    tudied

     

    n

     

    n

     

    xperimental

     

    espect

     

    in

      wide ange

     

    emperatures

     

    and

      ressures.

     

    T he

     

    uthors

     

    hought t  ecessary 

    hat

     

    he

     

    ompilation  f 

    he

     

    tables

     e  receeded 

    erious analysis

     

    f

     certain 

    principal 

    problems

     

    he

     methodical haracter nd y 

    discussion 

    f ew 

    methods, 

    which

     re being

     

    eveloped nd sed  t 

    he

      resent

     

    ime

     

    or

     

    the

     

    measurement

     

    f

     

    he hermal

     onductivity

      f 

    ases 

    nd

     

    iquids. 

    PTD-MT-24-133-71

     

    il

     

    .

     

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    12/202

    Therefore,

     pecial 

    ttention was

      iven

     o he 

    ole

      f 

    he 

    processes 

    f

     

    eat

     ransfer y adiation  f  medium proton  eat

     

    conductivity). 

    The mportance 

    f

     his 

    roblem

     

    has

     

    ecently 

    een

     

    clarified

     

    n

     onnection with he  arrying 

    ut of

      number 

    theoretical

     nd 

    xperimental

     

    nvestigations, 

    from which, n

     

    particular, it 

    as

     

    concluded

     hat

     

    hese  rocesses can 

    oticeably 

    Influence

     he esults of measurements  f 

    hermal

     

    onductivity 

    f

     

    liquids

     nd

     ompressed  ases 

    ven

      t

     ow

     

    emperatures. 

    Work 

    the

     ompilation 

    f

     eference ables 

    and

     

    specially

     

    he

     election

     

    f

     

    the ample 

    ubstances

     make his  roblem n  rgent ne.

      T he 

    corresponding material

     xpounded

     n 

    Chapter

     

    as

     een written

     y 

    L.

    P.

      FllloDOV.

     

    T he uthors also xamine he 

    roblem

      f  atural onvection,

     

    since 

    ecently 

    here

      ave

     ppeared ew nteresting

     

    esults 

    on

     

    he 

    Investigation 

    f

     

    natural

     

    onvection

     n

      arrow  learances. 

    O f  reat

     

    ignificance s he

     

    rincipal of electing 

    material

     

    for he

     

    ompilation

      f ables  f 

    eference  ata

     n hermal onduc-

     

    tivity. 

    A t

     he  resent

     

    ime,

      nfortunately,

     here  re 

    s

     

    et

     o

     

    generally

     

    ccepted  riteria nd enets 

    which

     might erve s he

     

    basis

     or

     

    orresponding

     nalysis.

     

    T he  asic material must 

    e

     ompiled rom 

    he

     esults

     

    f ystematic

     

    experimental nvestigations, 

    onducted

     

    n

      wide

     

    ange  f  tates 

    by 

    well

      orked ut methods.

     

    T he  ecessary

     onditions 

    re  horough

     

    consideration

     y he author

     

    f  ll

     he

      ossible ources  f  rror

     

    of he xperiments and

     

    proven  stimate  f

     

    he 

    ccuracy.

      Besides

     

    this 

    material,

     it 

    s

     advisable

     

    o  se he

     

    ata

     

    f

     uthors,  hich

     

    refer o

      arrow

     

    ange 

    f

     states,

     f

     

    he 

    nvestigations

     

    each

     

    them 

    ncompass

     

    arge 

    umber

     of 

    ubstances.  T he

     esults

     

    f

     

    nonsystematlc

     

    easurements,

     

    onducted

     

    arrow

     

    ange

     

    f

     

    emper-

     

    atures nd pressures, can 

    xamined

     

    nly 

    he

     ase 

    where

     here

     

    is

     

    detailed

     description

     

    he

     

    xperiment,

     

    he 

    method

     

    f

     

    ntroduc- 

    tion 

    f

     orrections 

    is

     described, nd

     

    rror  stimates

      hich

     

    suggest

     

    oubt 

    ave

      een  iven.  O ne

     

    hould

     

    ot

     use he

     

    ata  f

     

    investigations carried ut

     y

     

    hose

     uthors

     

    hose 

    esults

     differ

     

    PTD-MT-2i»-133-7i 

    iii 

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    13/202

    anomalously without isible easons 

    r om

     

    he 

    otality

     f 

    he

     

    mos t

     

    reliable

     data

     v en If nly

     

    n ne

     

    substance, specially  If he 

    experiment

     

    wa s

     

    escribed

     

    with

     

    nsufficient

     

    detail.

     

    he

     

    formulated

     

    criteria ave, 

    f

     ourse,

     

    a

     general haracter;

     

    during heir 

    practical

     

    mployment

     t oes 

    without

     

    aying

     hat he ompilers 

    will

     

    a v e xperience

     

    arrying

     ut xperimental

     

    esearch

     

    n he 

    given ield, nd

     

    horough

     

    amiliarity 

    with 

    he

     

    riginal orks  

    a nd

     with 

    heir

     riticism. 

    Even or e

     

    omplicated s the

     

    roblem f 

    valuating 

    he esults 

    used, nd of he

     election

     f

     

    weights,

     

    which

     

    hould

     

    e prescribed 

    for

     

    hose

     

    data

     

    u r i n g

     

    he

     

    processing

     

    f

     

    he

     

    material

     

    or

     

    a m p l e

     

    liquids.

      Here

     

    t

     

    s

     

    specially

     esirable 

    a v e

     or e

     

    r

     

    ess 

    objective ethods f uch n 

    valuation.

      O n e f 

    he

     possible 

    methods 

    s described n w ork 43, 

    where

     he 

    weights

     f 

    data,

     belonging 

    to

     ndividual authors, ave been 

    escribed

     y he omputation f 

    divergences

     

    from

     

    he

     

    otality

     f

     he 

    o st

     

    eliable

     

    alues

     ,

     stablished

     

    during he averaging of he ata f ll he uthors.

     

    S u c h method  

    allowed

     

    s  to

     

    haracterize

     

    he

     

    esults f

     a ch

     uthor

     

    y

     

    oncrete

     

    number .

      A

     

    imilar device 

    a s

     

    sed 

    n

     ombination 5], 

    here he 

    data of 

    all

     he uthors a s broken

     

    own nto

     

    hree roups

     

    depending 

    on 

    he

     

    ivergence

     r om 

    he

     

    esults, 

    selected 

    s the

     m o s t

     

    reliable. 

    In everal 

    nstances

     he stimates of he degree 

    f

     reliability 

    by

     he

     

    or k ethod 

    4] er e

     s ed 

    n

     his 

    eference 

    ook

     also,

     

    primarily

     he n he uthors* evaluations f he rror

     

    w e r e

     

    clearly 

    contradictory with he ariation of 

    he

     

    orresponding

     data 

    r om

     

    the

     veraged

     

    values 

    f he whole.  However , he 

    s e 

    f this

     ethod

     

    for 

    all

     he

     data 

    wa s

     

    ot

     

    thought dvisable,

     

    ven

     

    f nly because 

    there

     rises

     he 

    roblem

     

    f

     

    he

     

    possible ifference n he

     

    weighting 

    factors

     or

     arious 

    emperatures.  In

     onnection

     

    with 

    his. 

    In

     he 

    processing

     

    f

     

    he

     

    data

     

    or

     

    a m p l e

     

    iquids

     

    -

     

    oluene,

     

    carbon

     

    tetrachlorlde, nd also or benzoyl

     

    nd 

    thyl

     lcohol 

    he

     

    os t

     

    simple method 

    f

     

    valuation

     wa s mployed:  the elected ata were 

    broken

     

    own 

    Into

     wo r o u p s epending n whether he

     

    probable

     rror

     

    of he

     xperiment 

    a s 

    within

     % 

    r

     

    whether 

    t

     xceeded 

    this value.

     

    In valuating he 

    o u n d a r y

     imit f rror or his irst  g r o u p 

    we

     

    PTD-riT- -̂lSa-Tl x 

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    14/202

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    15/202

    For all ubstances 

    xamined

     

    n

     

    his ook he ependence  f he 

    excess hermal

     

    onductivity s  unique 

    unction 

    f he

     

    ensity n

     

    those

     

    egions

     

    f

     

    he

     

    arameters

     

    f

     

    state.

     

    In

     

    which

     

    eneralization

     

    f

     

    the xperimental  ata

     has

     een arried

     

    ut.  A n

     

    xception

     

    s

     

    water 

    vapor, 

    for

     which n

      ertain

     nterval 

    f

     

    densities

     the 

    stratification

     

    of

     

    X

     with 

    espect

     o sotherms is  bserved. 

    With

     

    espect 

    o orrelations (1 )

     

    nd

     

    2) ables

     ave

     een ompiled 

    for

     

    he moothed  ata or

     hose

     ubstances epresented 

    he

     ook

      t

     

    equal ntervals  f

     

    emperatures 

    nd

     

    pressures.

     

    N ot

     

    iven 

    re

     

    he

     

    alues

     

    of he hermal

     

    onductivity

     

    for egions close 

    ritical,  lthough 

    recently 

    here

     has een

     

    arge

     umber of orresponding nvestigations. 

    Here

     

    here

     

    as

     

    etected

     

    ery

     

    trong

     

    ependence

     

    f

     

    he

     

    hermal

     

    conductivity

     n

     he 

    emperature nd pressure, owever here  re still

    no ufficiently 

    eliable

     

    ata 

    o

     e

     ecommended.

     

    Therefore,

     n

     

    he 

    book

     

    here

     

    re o abulated

     

    alues

     

    f

      or

     he 

    egion 

    .9 

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    16/202

     

    r ^  

    The

     

    otality 

    f e comme n de d ubstances

     

    ncompasses

     

    wide

     

    range 

    alues of hermal onductivity r om .005 o

     

    .5

     

    W/(m.deg).

     

    The

     

    ook

     

    ives

     

    he

     

    ange

     

    of

     

    emperatures,

     

    n

     

    which

     

    ach

     

    of

     

    he

     

    cited ubstances  ca n 

    be

     

    mployed

     

    s

      a 

    ample 

    ubstance,

      /e 

    lso

     

    estimated he

     

    possible olerances

     

    for

     he alues

     

    of he hermal 

    conductivity for 

    hese ubstances. 

    O n

     

    he

     basis

     f 

    n

     nalysis f

     

    arge body f xperimental

     ata

     

    on

     

    hermal onductivity

     of

     

    mixtures

     

    a nd

     

    olutions

     

    f

     arious ypes 

    It  Is

     

    possible 

    o

     

    onclude 

    hat 

    he effect

     f

     

    mixtures n 

    he

     

    thermal onductivity f

     ases 

    nd 

    iquids 

    s

     

    omparatively mall.

     

    The 

    content

     

    of mixtures

     

    In enths

     of  raction of

     

    percent,

     s  

    ule,

     

    does

     

    ot

     

    oticeably

     

    hange

     

    he

     

    hermal

     

    onductivity.

     

    Requirements  for

     

    he

     purity

     of ubstances,

     

    therefore,

     

    are ot

     overly 

    strict.

     

    FT  

    D-MT-2H-133-71 

    xll

     

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    17/202

    CHAPTERI

    QUESTIONS

     

    OP HE MEASUREMENT ROCEDURE

     

    OP

     

    HERMAL

     

    ONDUCTIVITY

     

    Natural Convection 

    The xclusion f he 

    effect

     

    f

     onnective eat ransfer

     

    one

     of

     

    he

     most

     

    essential questions 

    n

     he practice

     

    f

     measurements

     

    of 

    he

     hermal onductivity f iquids

     

    a nd ases. 

    Fo r he escription of natural

     

    onvection n

     

    he o r m of 

    connection n lmenslonless

     

    criteria

     

    e sually se elationship 

    Nu~f(Or,Pr)-f(Ra)

     

    3)

    or 

    ,=4i-/(/fc).

     

    T"'

    1

     " 4) 

    where 

    T." 

    Ra'Gf'Pr 

    Raylelgh

     

    umber;

      X

    1

     effective

     

    hermal onductivity, 

    which

     ncludes molecular

     

    hermal onductivity  X nd

     

    onvectlve eat

     

    transmission;

     

    he

     oefficient f onvection. 

    PTD-:::

    ,

    -2i«-i33-7i

     

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    18/202

    In

     

    1934 Kraussol^,   [11] generalized

     

    the

     experimental

     data

     

    available

     at

     

    that

     time 

    about

     

    natural

     convection

     

    in a

     limited 

    space,

     

    using relationship

     (4).  As

     the determining dimenpion

     d

     

    he

     

    selected

     

    the thickness of

     

    the liquid layer 6

    ;

     then Ra - '̂f

    6

    For

     

    horizontal

     

    and vertical layers, regardless of their configuration

     

    Kraussold-, 

    obtained 

    a

     

    single curve 

    (Fig.

     1) .  In 

    this

     

    case 

    the beginning 

    of 

    convection (e > 

    1.00)

     occurs when R a > 1000.  During

     

    measurement of 

    X

     

    all

     

    the

     authors were

     usually guided   by this Kraussold curve for

     

    the

     selection

     

    of

     dimension

     6

     of

     

    the

     

    measuring 

    cell 

    and

     the

     difference, 

    of

     temperatures in 

    the

     investigated 

    layer

     of 

    liquid.

      In

     

    certain 

    cases

     corrections 

    were inserted

     

    into 

    measured 

    values

     of X,

     

    by using 

    this curve.  [Translator's 

    note:

      unable to find exact spelling of 

    foreign names in

     

    text. hen English spelling

     

    is common, 

    I

     will  

    use

     

    it,

     

    otherwise

     I

     

    will

     

    transliterate

     

    the

     

    names.]

     

    •    ̂ f  

    Ü - v*

      * 

    » • < , - « •

     

    Fig. 1 . 

    The

     relationship of

     

    the 

    coefficient 

    of convection 

    to 

    Or 

    and Pr criteria according

     

    to

     data 

    of:  I

     

    - Kraussold

     

    [11]; II - 

    Shlngarev fl^] for Saratov 

    gas

     (1); 

    for C0

    2

     C2).

     

    In the last 10

     

    years a 

    number

     of new experimental investigations  

    of 

    natural

     convection has been

     

    conducted, 

    mainly

     in 

    liquids,

     

    which

     

    are located in the space between coaxial cylinders.

     

    he

     

    results

     of 

    these

     investigations

     were 

    presented by

     

    t h e 3rd International 

    Conference on Heat Exchange (1966) in three 

    reports:

     

    ees,

     

    Sherrif, 

    Grigul'

     

    and Gauf [12]. 

    Qrigul'-

     and Ga uf studied

     local 

    and average 

    coefficients of

      heat em i s si on

     during

     

    natural convection

     in

     

    a

     

    horizontal annular clearance. 

    They

     applied optical methods of 

    investigation

     of

     

    convection,

     determining

     

    the 

    distribution

     

    of

     

    temper-

     

    atures and heat

     

    flows

     

    with the aid of an

     

    interferometer.

     

    Generally 

    FTD-MT-24-133-71 

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    19/202

    the 

    reatest

     

    quantity 

    f xperimental ata

     

    s obtained 

    or 

    horizontal 

    a n n u l a r learances 

    nd

     

    considerably 

    ess

      or

     

    ertical.  In 

    om e

     

    works, 

    or

     x a m p l e 

    [13]*

     he Kraussold u r v e as ee n 

    efined,

     

    some ifferences a v e 

    been

     evealed n he 

    alue

     f  or

     

    horizontal 

    a nd

     ertical

     learances.

     

    v

     

    However ,

     

    all hese

     

    nvestigations, 

    s

     

    he

     esults

     

    f earlier 

    experiments,

     generalized

     

    y

     Kraussold

     

    11], 

    ave

     een 

    btained

     

    n

     

    comparatively

     wide

     

    learances:

    6

      7-300 m .   A t he 

    a m e

     

    ime,

     

    when 

    iquids nd ases 

    s

     etermined

     

    at igh 

    pressures,

     

    0.2-0.5

     

    m ,  and he 

    length

     

    f

     

    m e a s u r i n g

     

    ylinders

      I 

    100

     

    a m v

     

    Therefore,

     

    he

     

    nvestigation

     

    f

     

    natural

     

    onvection

     

    t

     

    u ch

     

    omparatively

     

    small

     alues

     

    of

     

    nd

     

    l*  ^ a s

     

    f nterest.

    • '

     

    ."

    R. V.

     Shlngarev IM ] 

    ur ing 

    nvestigation f

     

    he

     hwmal

     

    conductivity

     

    f

     

    O -

     y

     

    he ethod 

    f

      heated ilament d «0.1 m ;  

    6

     

    r

    4 m ; 

    1*

     00 m )  conduc ted xperiments at arious

     

    t nd  

    extrapolated

     he 

    e a s u r e d

     alues of 

    '

      to t  • • 

    or

     he purpose f 

    obtaining rue alues 

    f

     .  The nstallation wa s 

    ocated

     n 

    vertical position.  Measurements ndicated hat u r v e

     

    = f

     Ra),

     

    constructed

     

    r om xperimental 

    ata,

     

    ies noticeably

     ower han

     

    he

     

    K r a u s s o l d urve,

     

    s

     

    s vident

     r om

     

    Fig.  1. 

    From 

    xperiments 

    It

     

    lso

     

    ollowed

     

    hat

     the beginning 

    f

     

    onvection 

    e

     

    .00)

      takes

     

    place

     

    t

     Ra

     

    500.

     

    Th e u t h o r

     ffered wo 

    quations 

    or 

    etermination

     

    of

     he oefficient 

    f

     onvection

     

    :

     

    when

     

    500

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    20/202

    A . A .

     Berkenhelm

     tudied natural onvection

     

    narrow

     

    nnular

     

    clearances 

    t

      arious

     

    alues

      f

     

    from

     

    .5

     

    nd

      100

     

    m .

     

    A s

     

    n

     

    nternal

     

    ylinder

     

    here

     

    erved

     

    latinum

     

    ilament

     

    (d

     

    0.1

     

    m),

     

    external

      glass ube, he 

    iameter  f 

    which

     

    aried. 

    Experiments

     

    were onducted with water and  thyl  lcohol with 

    ertical

     nd  orizontal 

    position  f

     

    he 

    measuring

     ube.  Results  f experiments Fig.  2) 

    showed

     

    hat 

    atural

     onvection 

    with

     

    ertical

     nd

     

    horizontal

     

    position

     

    of 

    he

     

    measuring ube 

    s  escribed 

    y

     

    arious urves.

      They 

    both

     

    lie

     

    elow

     

    he

     

    Kraussold urve.  With

     

    ertical 

    osition

     of

     

    ylinders 

    the

     uthor

     proposed equations: 

    for

     

    egion

     

    2JOO

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    21/202

     

    Y u.  L . 

    Rastorguyev

     nd 

    Z.  eller 

    15] 

    n

     n

     nstallation, 

    based

     

    n

     

    he 

    eated

     ilament method

     

    0.1 

    m ;  .6? mm;

     

    100

      m ),

      rranged  ertically,

     

    etermined

     he  alues

     

    f

      nd

     

    on he 

    asis

      f 

    experiments with  arious

     

    liquids

     (Pig. 3). 

    for his uantity

     n 

    egion 

    400 

    a  000  roposed 

    quation

     

    • -0,402  (Pa)W». 

    (9) 

    T he

     

    xamination 

    f

     

    all

     he

     

    ew works,

     n which

     natural

     

    onvection

     

    w as tudied 

    n  arrow

     nnular

     

    learances

     

    on nstallations

     

    he 

    heated

     

    ilament

     

    method,

     

    llows

     

    making

     

    he

     

    ollowing

     

    onclusions:

     

    1 . 

    curve. 

    Curves e

     

    -

     

    (Ra) are

     located

     lower 

    than

     

    the 

    Kraussold 

    2 .

     

    he

     beginning  of convection

     

    (e > 

    1.00)

     is

     

    observed 

    at 

    number 

    Ra 

    >

     

    2000,

     

    i .e .,

     greater 

    than

     Kraussold (e 

    >

     

    1.00

     

    when

     

    R a

     > 1000).

     

    he 

    Initial

     sec t i on of 

    curves

     e

     

    f

     (Ra) is 

    considerably

     

    flater

     than 

    for

     

    the

     Kraussold curve. 

    3 .

     

    ith horizontal

     

    pos i t i on

     

    of the

     

    clearance

     

    the value 

    of 

    e

     

    is

     

    higher than 

    with

     vertical, but lower than according to Kraussold 

    curve. 

    £

     

    m

     

    tmmA  tti mf

    j

    ^

     

    a  4-«S'»"

    «

     

    0

     

    0 '

     

    /C *

     

    W*

     

    W*

     

    trPr

     

    Pig. 

    3.

      Relationship

     

    f  o  r nd 

    Pr 15]:  I 

    -

     

    ccording o

     

    Kraussold- 

    Mlkheyev

     equation; I  ccording

     

    o

     

    data

     of Berkenheim; 

    II

      ccording 

    to

     

    data of Rastorguyev nd

     

    Heller

     

    or 

    carbon 

    etrachlorlde 

    1),

     

    exane 2),o

     

    toluene 3) nd benzene  (H). 

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    22/202

    It

     

    hould 

    ndicated

     

    hat eometric  imensions

     (6

     nd 

    ) n

     

    [13-15]

     

    re

     

    ery

     

    lose

     

    o

     

    he

     

    imensions,

     

    sually

     

    tilized

     

    n

     

    he

     

    heated ilament method

     uring 

    measurement  f

     

    hermal

     onductivity. 

    In his 

    ase

     

    he

     

    learances

     

    re

      sually  laced 

    ertically. 

    O n

     he 

    basis 

    f

     esults  f 13-15] or vertical  learances t

     

    s  ossible 

    to 

    raw n

     

    veraged

     

    urve 

    or

     

    f Ra). 

    T he 

    urve onstructed

     

    by 

    p

     

    o

     

    30,000 

    s  iven

     

    n

      ig.  4. 

    T he

     

    eginning 

    of 

    convection 

    s

     

    elected

     

    t

      a 

    2000.

      Experimental 

    alues

     

    of

     

    e,

     

    obtained

     

    13-15],

     

    are  eflected

     

    rom his curve 

    within 

    % . 

    T he

     

    curve

     an e

     

    ecommended

     

    for evaluation 

    f

     natural

     

    onvection 

    during

     

    he

     

    measurement

     

    f

     

    hermal

     

    onductivity

     

    f

     

    iquids

     

    and

     

    gases y he  ethod  f 

    ertical

      eated ilament. 

    1 .20 

    1 , 1 0  

    1.00 

    /

      1

     

    W  45 

    4, 0

     

    * .S

     

    gR a

     

    i

     

    10'   tWs Ŵ* 

    2 1 0 *

     JHfto-GrPr  

    Fig.

     

    4 .

     

    Generalized

     

    relation- 

    ship

     

    of

     

    th« coefficient 

    of

     

    convection to

     Rayleigh

     criter- 

    ion

     

    (experiments

     

    with

     

    vertical 

    heated

     filament).

     

    Natural

     convection

     

    in a 

    narrow 

    annular clearance

     (6-1

     mm) 

    with

     cylinder 

    diameter 

    d

     

    10 mm and I

     

    10 0

     

    mm  was studied by 

    Yu.

     

    L .

     

    lastorguyev

     and

     

    A. A . 

    Nemzer [16].

     

    he cylinders were 

    placed 

    vertically.

     

    On

     the

     basis

     of experiments, 

    conducted

     up 

    to

     

    values

     R a

      5000,

     the authors proposed equation 

    «-0.402

     

    ( / ? a )

    0

    . »

     

    (10) 

    for region

     

    1700 

     

    1.00) 

    is 

    when R a

     > 1700.

     

    This 

    equation can

     

    be

     

    used 

    for 

    vertical

     coaxial

     

    cylinders

     at 

    R a

     numbers

     

    up

     

    to 5000. 

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    23/202

    Temperature um p

     

    T he  ffect  f 

    emperature

     um p s ubstantial  uring measurement

     

    of 

    he

     hermal onduotlvlty  f  ases.

     

    During

     xperimental

      etermination  f he 

    hermal

     onductivities

     

    of

     gases

     

    sually 

    measure 

    he

     

    wall

     emperature  f

     

    n nstrument.

     

    B ut 

    t

     s 

    known

     hat etween  olid 

    nd

      as, 

    hich

      re 

    located

     

    at

     

    istance

     

    f mean ree 

    ath, there

     xists emperature

     

    um p 6t

     

    This

     henomenon as

     xperimentally

     tudied

     

    y  any nvestigators:

     

    Smolukhovskly,  nudsen, 

    lmiryazev,

      azarev nd  thers.

     

    T he 

    question s described 

    n

     detail n iterature, for

     

    example, n 

    he

     

    books 

    f

     

    ennard 

    17]»

     

    evlen 

    [18]

     nd Clark

     

    nd McChesney 19]. 

    As

      Is established,

     

    h '̂

    t

    emperatüre.JuW p  t or  moderately 

    rarefied

      ae

     s  roportional

     

    o

     he emperature  radient

     

    dt/dn 

    along

     

    he ormal o he

     

    wall urface fit*

     

    dt/dn),

     

    nd he 

    proportionality

     

    actor

     

    .

     

    s

     

    nversely

     

    proportional

     

    o

     

    he

     

    as

     

    pressure

     (Y A/P),  Usually, y

     measuring

     

    he.thermal

     onductivity

     

    of  ases at 

    low 

    pressures (when

      f e 

    tm), uantity 6t 

    s

     aken 

    into 

    ccount 

    onducting ests

     at 

    arious

      ressures; 

    Mum

     

    ~ /,,,-)-—-. 

    T he

     

    consideration

      f 

    his

     correction s  specially 

    ssential

     

    for  ases 

    with

     omparatively 

    ow

     

    molecular 

    weight nd  t  igh 

    temperatures.

     

    A s

     

    pplied

     

    p

     

    oaxial

     

    ylinders

     

    he

     

    method

     

    f

     

    ccount

     

    of 

    he

     

    orrection

     

    s ubstantiated n 

    20], 

    and

     

    or 

    heated

     ilament

     

    In 21].  T he measured  alues  f hermal onductivity  ot  llowing 

    for 

    he orrection

     

    re lways ower 

    han

     rue  alues  f  .

     

    •:

    .- 

     

    Thie,neglect 

    his 

    ffect 

    igh

     emperatures can

     

    ead o

      •

     

    substantial

      rrors, 

    specially

     for gases 

    with

     omparatively 

    ow  

    i..5,

      t

     

    '.V

    -

    '. 

    "

     

    . '. 

    '

    :

    - .,

    •«..» 

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    24/202

    molecular 

    weight,

      s,

     for xample, 

    ook

     place 

    n

     he ase

     

    -nitrogen.  Figure

     

    aken

     rom 30],

     

    hows 

    he

     esults  f measure- 

    ments

      f he

     

    hermal

     

    onductivity

     

    f  itrogen, btained y  arious 

    authors.

    A t

     

    levated emperatures

     he

      iscrepancies  ere

     

    very

     

    noticeable

     

    hey

     

    eached

     

    2 % .

     

    Ueglect

     

    f

     

    he

     

    emperature

     

    Jump

      specially

     

    ppeared n

     he esults  f 

    experiments

      f

     Schäfer

     

    and

     

    Reuter 31], nasmuch, s heir

      ata

     efer o he

     egion

      f 

    high emperatures  p 

    400

    o

    K . 

    tu

     

    43  

     

    »U 

    O

     

    • ? s o

     

    m

    isx 

    e

     

    1  

    1  

    - <  

    I

      I S O  

    ftß

     

    S C O  

    • 

    \.

    Q

     

    1

     

    »  

    J  

    L

     

    of

     

    A   1  

    |- 

    ob  

     

    > • 

    • 

    0

     

    - J  

    :rp 

    '

     

    S

     

    .._ 

    _

     

    . . . j 

     

    1  

    1   _  

    ,

     

    e  

    iCO

      e:j 

    «is

     

    mo

     

    i*c 

    Pig. 5.  Experimental

     

    ata 

    of

     

    arious

     

    authors

     

    n

     

    he

     hermal

     

    onductivity  f 

    nitrogen:  1  rank 22];  2

     

    Natell, 

    Jennings 

    [23];

      3 

    hotki

     21»] ;  »  . 

    Geier,

     

    chäfer

     

    25];

      5-  lays,

     

    l

    ann 

    [26]; 

    Weiss 27];

     

    Stops 

    [28],;

     

    8  ibland,  arton 29]. 

    After he

     ntroduction

      f 

    orrection

     or emperature um p he 

    corrected 

    experimental

      ata

     

    ay

     well

     n ne

     urve, s s

     vident

     

    from Pig. 

    6,

     taken rom £30].  T he  eviations of experimental 

    atja.,

     

    obtained

     

    y

     

    arious

     

    methods,

     

    ie

     

    within

     

    % .

     

    .'_

     

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    25/202

     

    • . v ; fc

     

    Pig.

     

    6.

     

    The

     

    elationship

     

    of

     

    thermal

     onductivity of

     

    nitrogen

     

    o emperature ccord-

     

    ing o arious

     

    ata,

     orrected

     

    taking

     

    nto ccount

     

    he

     

    emper- 

    ature ump.  Designations re

     

    the

     a m e s n Fig. .

     

    A n

     

    nalogous

     ituation

     ook 

    place

     with 

    xperimental ata 

    the

     

    hermal

     

    onductivity

     

    f rgon

     [32], lthough 

    n ess

     

    clearly 

    expressed 

    form.

     

    nasmuch s

     he

     

    molecular

     weight

     

    f

     argon s

     

    higher

     

    han

     

    itrogen.

     

    The 

    Role

     

    of 

    he Process

     

    f

     Heat

     

    Transfer 

    by Radiation

     

    There

     Is very reason o 

    believe

     hat

     

    eat 

    ransfer

     aused y

     

    the ohoton" echanism n

     

    u m b e r f practically

     

    mportant

     

    ases 

    plays 

    a

     ery ignificant

     

    ole

     

    he

     process

     

    f

     nergy

     

    ransfer,

     

    especially

     

    at 

    elatively

     

    igh 

    emperatures.  In

     

    particular, here 

    are heoretical nd 

    xperimental

     

    rguments

     o 

    he

     

    effect

      that 

    he

     

    process

     

    of

     

    he

     

    adiation

     

    ransfer

     

    a y

     

    oticeably

     

    distort

     

    the

     

    sual,

     

    molecular heat onductivity

     of

     iquids, beginning with

     

    emperatures 

    of 

    he

     rder

     f

     0

    o

    S.

      A t 

    he

     

    a m e

      time, 

    he

     

    nformation

     which

     e 

    have ow

     

    vailable o 

    s

     is

     

    ery mall,  a nd he roblem equires 

    thorough

     

    tudy. 

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    26/202

    f.-.- 

    Tanlng

     

    his into ccount,

     

    he 

    authors

     thought

     

    t  ossible to 

    thoroughly 

    analyze

     

    the

      rocess

      f

     adiant

     

    ransfer.  To

     

    ignificant 

    degree he material

     

    resented here is  riginal.

    T he

     

    xistence

     

    f processes  f

     adiation

     nd

     bsorption

     of 

    radiant

     

    nergy

     

    leads

     

    he

     ppearance

     

    of

      upplementary mechanism 

    for heat

     

    transfer. 

    This 

    radiation

     

    echanism oexists

     with 

    he 

    r.oleoular

     heat 

    conductivity

     nd n  eneral 

    complicates

     considerably 

    the otal  rocess 

    of heat

     transfer. 

    T he 

    implest s

     he 

    rocess 

    in

     

    media,  hich 

    ay

     

    e xamined 

    s

     almost ransparent In

     

    he

     

    egion

     

    of 

    requencies

     close 

    o

     he 

    maximum 

    f

     

    lanck function. 

    It

     takes 

    place, for example, 

    ases

     

    f elatively low

     

    ensity,

      here  eat 

    transfer

     

    y radiation 

    eads

     o heat xchange 

    etween he

     oundary 

    surfaces

     

    and

     he 

    resulting

     

    heat

     flow

     s

     

    a

     

    imple

     

    otal  f molecular 

    and

     adiant

     heat.  What

     

    s

     

    ore omplex

     

    s the

     

    ransfer

     

    f heat in 

    partially

     ransparent media. 

    T;ie

     

    ssential

     ole  f he 

    rocess

     of 

    adiation

      f  edium w as 

    first

     nderstood nd

     

    iscussed, 

    pparently,

     

    G .

      Guton, 

    ho

     

    as

     

    occupied with he tudy  f he hermal 

    onductivity

      f 

    molten  lass

     B^]. 

    Then

     

    his 

    roblem

     w as xamined n 

    pproximation

     for  lat ayer, 

    -ithout

     

    consideration  f he  iffusion

      ature  f

     

    he adiation) by 

    L .

     

    ?.

     

    Filippov

     

    35]

     

    n

     

    onnection

     

    with

     

    ebate

     

    etween

     

    .

     

    B .

     

    Vargaftik

     

    [36,

     37], on 

    he

     one

     

    and, and

     eys and

      andell

     [38]

     on 

    he

     

    ther,

     

    ;n

     

    he problem  f

     

    hermal 

    conductivity

     of water

     

    apor, n

     

    he 

    course

     

    of which 

    he  merican 

    uthors

     advanced 

    he

     

    roposition 

    hat 

    the

     

    hen xisting  ifference n he esults could e  ttributed 

    o

     

    the

     ole 

    heat transfer

     y

     adiation [38,  39].  T he

     mathematical

     

    formulation

     

    f he  roblem n he

     

    eneral form as

     

    ut

     

    ogether y 

    Y u. 

    A .

     

    ourinov

     40].  Later, 

    recognition

     as

      iven

     o 

    he 

    orks 

    of

     

    Kelett

     

    fkl]  and Genzel

     [42].  In he first  f hese n

     

    pproximate 

    examination

     

    as

     made for he ase

      f

     flat layer n 

    he

     assumption 

    of

     ndependence  f

     

    he oefficient

     

    of bsorption

     

    rom 

    he 

    frequency

     

    ôr 

    more

     detail, see 

    he  onograph

     

    of

     . 

    ?.

      Pilipcov 

    T he

     study 

    of heat onductivity of iquids" [33]. 

    NO T EPRODUC IBLE

     

    10 

    i

     

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    27/202

    ("gray

      edium")

     and without

     consideration  f

     

    he 

    iffusion  ature 

    f

     

    the

     

    adiation.

     

    In

     

    he

     

    econd

     

    work

     

    he

     

    distribution

     

    f

     

    ntensity

     

    with

     

    respect o 

    ngles

      as aken

     

    nto ccount nd

     

    umber 

    f

     mportant

     

    particular 

    ases

      ere

     

    xamined-.for. transfer n  lat

     ayer transfer 

    by 

    adiation

     n he 

    bsence

      f molecular hermal 

    onductivity,

     he

     

    general 

    ase

      f ransfer

     n 

    medium

     

    with trong

     

    bsorption, 

    nd

     

    he

     

    general ase  f

     

    ransfer

     

    n

     

    gray" 

    edium).  In

      . 

    P.

     

    Pilippov's

     

    work

     

    [̂ 3]

     

    he  eneral

      roblem

     or

     

    lat 

    layer as

     

    xamined

     

    nd 

    an

     nalysis  as given

     

    or wo imiting 

    cases:

      strong nd weak bsorp-

     

    tion.  A  eneralization of hese

     

    esults 

    as 

    ade n he 

    ork

      f

     

    E . 

    A .

     Sidorov 

    M].

      T he ase  f 

    ransfer

     n  lat layer of 

    "gray"

     

    edium

     

    as

     xamined 

    f

     

    ate 

    n

     

    he

     

    orks

      f 

    oltz

     ^S-̂ S] 

    nd

     

    Hohler 49], 

    T he

     esults 

    f he development 

    f

     work ^3] re

     

    presented

     elow.

     

    T he nitial elationship or n nalysis  ay 

    e

     he quation  f

     

    transfer  f 

    adiant

     nergy,

     

    written 

    n

     he 

    ssumption 

    of he

     

    existence

      f

     

    ocal 

    hermodynamic

     quilibrium, 

    COJ» -̂«« -«/. 11) 

    This equation expresses 

    the

     fact 

    that

     the change

     

    in the

     

    intensity

     

    of radiation I in a direction   which 

    comprises

     

    angle

     u with 

    the 

    axis

     

    x is

     

    caused  by the

     

    natural radiation

     

    of an

     element

     of  the

     

    volume 

    of

     tne

     

    medium

     

    (the 

    first 

    term o f the

     right 

    side) and 

    by

     

    the 

    attenuation 

    of

     intensity as a  result

     

    of absorption 

    (the

     second 

    member

     

    of

     

    the

     

    right side). 

    Equation

     (11) 

    obeys 

    Kirchhofs

     

    law, 

    expressing 

    the coefficient

     

    of

     volumetric radiation 

    of

     

    the 

    medium 

    through the

     

    intensity of   the equilibrium 

    radiation 

    in a 

    vacuum

     e,

     

    the

     

    coefficient

     

    of

     

    absorption

     a

     

    and 

    the

     index 

    of

     refraction n

     

    (the

     process

     

    of

     dispersion in this case 

    is

     not taken

     into

     account). 

    Integration

     

    of equation

     (11) 

    for 

    flat

     layer

     

    o f  width L  with

     

    the

     temperature gradient,

     

    perpendicular

    to

     the walls (axis s),

     

    s ; i v e s the formulas for 

    the 

    intensity of  radiation in a positive

     

    (I

      and negative 

    (I~)

     direction 

    of

     the axis:

     

    U

     

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    28/202

    cot  d , 

    /+-/M0)« 

    c , , ,

      4 -

    J

    -rl 

    CO»» 

    . )

     

    1

     '

     

    M*J 

    To 

    find

     the

     

    values

     

    of

     

    the

     

    intensity on

     

    the 

    boundaries 

    I

     

    ( 0 ) 

    a n d I~(L) we use the 

    relationships 

    for 

    the

     

    mirror

     reflection: 

    '

    +

    (0 -H

      * , /

      O ) .  

    '-(*)-•.  +

     

    * , / ♦ ( * . 

    where

     

    R   a nd 

    re

     he

     oefficients

     

    of 

    eflection.

      For

     

    he 

    +

     

    differences  in

     

    intensities 

    I

      a nd 

    w e

     btain he xpression 

    /._/-

     « p i l l -ä/̂ J^J  U n ' O  

    -Ä.)/^*

      +  

    t  --4L 

    x(l-/^.)+-^

    ^

    J

    «« •* 

    • 

    r f i +

     

    jr 

    where 

    ß

     

    s

     

    the  factor f 

    he 

    ecurrence

     

    f

     eflections;

     

    12

     

     

     

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    29/202

    The 

    otal hermal  flow s ade p

     of

     

    he

      flow

     f nergy

     of

     

    radiation

     

    nd

     

    he  flow f molecular hermal onductivity: 

    « ;j(/+_/-)co$

     Mw/v-X^-,

     

    12) 

    (here

     

    u s he

     

    lementary 

    solid

     

    angle; 

    v

     

    s

      the 

    frequency).  In

     

    he 

    stationary tate 

    I.e., 

    JU^jQcosOrf-rf»».

     

    —ii^-.

     

    13)

     

    tf^ 

    r fx

     

    x

     

    äx 

    J/

    Expression  (13) 

    s

     

    a

     

    omplex Integral-differential quation.

     

    T(x)

     

    HT ) 

    n(T , v ) .

     

    Th r ough he gency f

     

    T(x)

    o n

     hese a m e 

    values

     lso epends he 

    heat  flow.  It 

    s

     

    significant

     hat n eneral 

    both 

    erms n

     

    expression

     12)  for

     

    heat

     

    flow

     re nterdependent; 

    the

     ntegral

     

    radiation

     er m 

    hrough

     he agency

     f

     

    T(x) 

    depends

      on , he econd 

    term or

     

    he a m e reasons depends po n

     

    he optical haracteristics.

     

    The 

    radiation

     nd molecular 

    contributions)

     

    to

     

    he

     hermal 

    low

     

    prove o e 

    onadditive,

     dlspite he ssumption 

    bout

     he additivity

     

    of 

    ransfer

     

    mechanisms.

     

    determining

     he  function T(x) 

    -

     

    he 

    distribution

     of 

    emperature  in

     

    the  layer.

     

    It s  clear

     

    hat n he eneral 

    ase

     he istribution 

    of

     emperature t 

    fixed

     emperatures of he

     

    urfaces epends

     

    simultaneously n

     

    he

     

    functions 

    13 

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    30/202

    To

     

    nalytically nvestigate he 

    eneral

     

    ase,

     

    etermined y 

    formulas

      (11)-(13), without 

    additional

     

    ssumptions

     s  too omplex. 

    Therefore,

     e 

    will

     

    henceforth

     imit

     urselves

     

    o he 

    following

     

    special 

    assumptions: 

    1.

     e will 

    xamine

     

    ases

     f

     mall

     ifferences

     

    n emperature 

    o n boundaries, hich will

     llow

     

    s o imit

     

    urselves o he

     

    irst 

    two

      terms 

    of

     

    he

     

    xpansion f he

     

    unction

      nto series. 

    2. e will s s u m e  that t is

     

    possible o isregard he ependence 

    of 

    he

     

    coefficients

     f bsorption

     

    nd efraction

     

    n he emperature. 

    3.

     

    or

     

    he

     

    a ke

     

    f

     

    implicity

     

    e

     

    will

     

    ssume

     

    hat

     

    i  R ?

     

    *

     

    The 

    numerated

     ssumptions 

    simplify

     

    he 

    nvestigation, 

    but

     hey

     

    do

     

    ot

     deprive t

     

    f sufficient

     enerality nd o ot

     

    impose ny  

    significant  limit 

    n

     he 

    applicability

     

    f ts

     

    esults

     

    to ctual 

    systems. 

    Equation 13) n his  case 

    can

     e 

    ransformed

     o 

    he

      fo rm  

    £=jVd.

     

    x),

     

    Wdl

     

    (14)

     

    where

     

    y

     

    **' 

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    31/202

    Prom formula

     (

    i

    »)-(8)

     

    It is 

    clear

    that 

    K

      0 

    when

     

    \~

     

    *

      0

     and

     

    the

     

    distribution

     of 

    temperatures

     

    In

     

    the

     

    layer

     

    approaches

     

    linear

     

    one.

     n 

    correspondence

     with

     

    this

     the

     

    s o l ut i o n 

    for

    the

     

    temperature

     

    can be found

     

    In the form: 

    AT 

    7--ir

    i

     

    4r . j c

     +

    -|-9(xl

      ►

    ...  .

     20)

     

    disregarding

     

    he higher erms

     

    f he

     

    xpansion

     

    o eries

     

    with 

    respect o  a nd 

    xamining hereby

     

    only

     the conditions, nder

     

    which 

    ivergences

     

    he

     

    e m p e r a t u r e

     ield

     

    r om

     

    inear

     ne

     

    re 

    sufficiently

     mall 

    o m p a r i s o n

     with T.

     

    Physically, his

     eans  

    the

     

    xamination

     

    f

     

    he

     

    processes

     

    under

     

    which

     

    he

     

    ecisive

     

    factor

     

    Is

     

    he

     

    molecular heat ransfer, while adiation plays he

     

    ole 

    of 

    distortion

     actor. 

    In he

     

    pproximation f 20)  

    the

     

    olution

     f quation 

    (15)

     

    ha s  

    the 

    or m  

    r-r.-iTir+ *(*)-( -^.)*(

    0

    ) i .

     

    2D

     

    where

     

    -

    «-'-11

      ^  

    /?«-»*

     -'>-)  ]ds. 22) 

    A n

     

    analysis

     f 

    o r m u l a s  (21),

      (22) allows 

    u s

     

    o

     establish

     

    that

     

    he

     emperature istribution

     

    urve a s

     

    a ending point

     

    in

     he

     

    middle 

    f

     

    he 

    layer

     L/2)

     

    nd

     

    s

     onvex n 

    he

     

    wall

     with

     

    he esser 

    t e m p e r a t u r e

     nd

     

    s concave 

    n

     he pposite

     

    wall.  It s also 

    possible

     

    to

     

    emonst ra te

     

    a

     

    umber

     

    f

     

    particular

     

    peculiarities

     

    f

     

    he

     

    emperature

     

    distribution

     

    hese

     r

     ther

     

    oncrete

     nstances

     [33].

     

    The

     istribution of emperature, escribed

     

    o r m u l a s

      (21), 

    (22), llows 

    u s 

    lso btain

      general

     

    ormula 

    or he 

    otal eat

     

    flow n 

    he

     xamined

     

    pproximat ion  

    15

     

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    32/202

    L L 

    (1+«/?-*'•)»»

     

    (23)

     

    For ow-absorbing media 

    he

     ormula ssumes he 

    orm

     

    Q-_

    xir 

    r̂ .

    j T j

     

    l+R * 

    d $

     

    +

     

    +

     

    2̂«

    ••• 

    (24)

     

    T he first 

    erm

     of his ormula expresses

     

    he

     

    eat lo w ue

     

    o

     

    molecular

     heat

     onductivity, he

     

    econd 

    describes

     

    he

     ffect 

    f

     

    radiation 

    f

     he walls, nd 

    he 

    hird - he

     

    ought or hange

     

    the  eat

     

    lo w s 

    result 

    he 

    processes  f

     

    adiation

     nd

     

    absorption 

    f adiant nergy y

     he medium.

      T he 

    aximum

     

    value

      f 

    this erm s qual

     o

     

    2i7=£

     

    r ^ - r f » . 

    JdT 

    For 

    he 

    alue

     

    he

     elative 

    hange

     n

     

    heat flow

     

    he

     

    pper

     

    limit

     

    (for

     

    n

     

    bsolutely

     

    lack

     

    ody)

     

    e

     

    btain

     

    he

     

    xpression

     

    0  3

     

    k

      dTi

     

    (25) 

    A Q  

    In

     

    practical 

    stimate 

    he

     alue 

    ^

     or gases

      hich 

    re

     

    ow- 

    absorbing

     

    media

     

    he

     ntegral

     

    f

     ormula 

    25)

     can

     e onveniently 

    replaced y xpression 

    J

     

    ..*-*A 

    (26) 

    where  s he as  ressure;  s he imit 

    f

     he 

    elati'onahip

     

    the

     

    degree

     

    blackness  f he lat ayer  f gas o 

    he product.

     

    . 'iJL,

     

    with he 

    atter

     ending

     

    oward ero;

     

    nd 

    he onstant  f 

    the

     

    tefan-Boltzmann

     aw 

    or

     

    hemispherical

     adiation. 

    1 6  

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    33/202

    In

     he

     evaluation

     of

     

    26) 

    he 

    emperature

     

    ependence

     of can 

    be

     

    isregarded

     

    n

     

    omparison

     

    with

     

    A s

     

    esult

     

    e

     

    btain

     

    £  ••i£t3t

    t

     

    27 ) 

    Th is ormula 

    an

     e

     

    sed 

    or 

    valuating

     

    he nfluence  f

     

    boundaries

     

    f he nvestigated

     

    effect.  Thus, for carbon  ioxide

     gas

     

    at

     oom

     

    emperature

     nd  pressure

     of

     

    ar

     2.«lO"

    l

    I

    ,

    f

    • « ~

    ,

    I.e., 

    he

     

    change n he 

    eat

     low s  esult of 

    adiation 

    f

     

    he  edium 

    ca n

     n his case 

    ecome

      oticeable  t  istance  f

     everal

     

    centimeters.  A t

     

    a pressure  f 000  ar

     his

     

    ffect

     s  ald

     o

     

    e

     

    (at 

    istances

     far emoved 

    rom

      ritical  oint) 

    lready

     

    t

      istance

     

    of

     everal

     millimeters. 

    W e 

    will

      lso

     

    btain 

    imilar

     

    order  f

     

    alues 

    for 

    water

     

    apors. 

    T he

     ole

     of adiation

     ncreases with

     extraordinary

     

    Intensity with he ncrease n

     

    emperature. 

    In he

     

    other imiting 

    case, for trongly-absorbing

     

    media 

    formula

     

    23)

     

    assumes he orm 

    *-¥-TIH*T- « ) 

    T he  ffective

     oefficient

      f heat 

    onductivity

     s

     

    omposed

     

    of w o erms which  re ndependent one

     

    rom 

    he

      ther

     

    he coefficient 

    of 

    molecular

      eat conductivity nd he oefficient

     

    f adiant

     

    (radlatlonal) heat

     onductivity. 

    which he

     atter lso haracterizes

     

    only

     

    he

     

    edium 

    s uch

     nd oes

      ot 

    epend n

     

    he onditions

     

    n

     

    the

     

    walls nd he onfiguration

     of

     he 

    ystem.

      T he 

    oefficient

     

    f

     

    radiation 

    heat

     onductivity s xpressed

     

    y he formula 

    3

      J

    «if

     

    -JT

     

    (the

      erivation

     

    of

     

    his

     ormula s

     

    also  iven n ork

     

    50],  hich

     

    w as  specially eserved

     

    or

     

    he

     

    problem

     

    f

     

    onditions  f pplicability

    of he

     

    oncept  f he

     

    coefficient of

     adiation heat

     onductivity 

    in 

    onnection

     

    with 

    ttempts t he

     

    distribution  f 

    ormulas 

    of

     uch 

    type, 

    xisting

     

    n

     he

      literature,

      for cases 

    f

     

    media

     

    with 

    oor

     

    absorption).

     

    17

     

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    34/202

     

     

    It

     hould be oted hat

     

    s

     precisely  the otal effective

     

    heat

     

    onductivity,

     xpressed y ormula 28),

     

    which u s t

     

    be

     igured

     

    In

     he Prandtl 

    nd

     Nusselt criteria 

    or

     hese ases, hen he

     

    thickness

     

    f

     

    he

      thermal 

    limiting

     

    ayer

     

    s

     

    considerably

     

    reater

     

    than

     

    he

     pposite

     

    alue of he effective

     

    oefficient 

    f

     bsorption

     

    V)f 

    he 

    ed ium. 

    Let

     s 

    urn

     

    o

     ormula 23), 

    which

     escribes he eat

     low

     n

     

    the

     eneral

     ase. 

    Effective 

    adiation

     eat

      conductivity

     

    ay. be 

    represented s 

    '-Tj«'fr 

    ( « .

     

    D*. 

    (30) 

    where, 

    •'••''-4-±h^*}

     

    In

     

    he 

    eneral

     

    ase

     

    he

     effective adiation

     

    eat 

    onductivity 

    and ts ependence n 

    parameters

      nd 

    ,

     being 

    unctional

     

    of

     

    o(v),

     will

     e

     different

     or arious

     

    media. 

    Only 

    for 

    he 

    ypothetical 

    "ej ray" edium,  for 

    which

     

    const, an 

    e write

     

     

    VmS,*fiP*(*,l).

     

    (32) 

    F o r m u l a

     

    32)  is he

     

    basic 

    esult

     

    of

     he

     

    o r k

     

    f Poltz

     

    46]. 

    The

     

    function

     

    was

     btained y 

    im 

    o m e w h a t 

    ifferent 

    but 

    similar

     

    o r m : 

    *-i[.-£

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    35/202

    T he

     

    et 

    f curves—(»I,/?)

     Is  epicted

     

    Pig.

      .

     rom

     he orm

     

    of his ependence

     t 

    s  ossible

     o

     ra w he

     ollowing

     

    ignificant

     

    conclusions:

     

    1. he 

    adiation

     heat conductivity 

    f

     he walls 

    with

     

    evel

     

    of blackness 

    f

     

    1

      ) 

  • 8/18/2019 Heat Conductivity of Gases and Liquids Vargaftik Filippov, Tarzimanov, Yurchak

    36/202

    SV

    may 

    e

     

    sed

     for evaluation f

     

    he pper imit of he possible nfluence 

    of

     

    adiation 

    ransfer

     n  lat

     

    ayer.

    1

      It s

      orth

     

    emphasizing

     he 

    strong

     nature  f he 

    emperature

     ependence  f

     

    his 

    riterion 

    (vr

    J

    )

     

    nder

     

    onditions

     

    typical

     

    or

     

    hanges

     

    n

     

    eat

     

    onductivity

     

    f

     

    boundary fluids ( X ̂  .1-0.3 

    W/(m-deg);

      ^ 

    m).

      A t oom 

    temperatures

     

    he

      ercentage 

    f heat 

    xchange y 

    adiation

     hould

     

    not

     xceed 

    ew

      ercent.  However, at 

    igher

     emperatures. In 

    narticular

     

    t

     

    emperatures

     lose o he  ritical points, he ole 

    of

     adiation 

    an 

    e

     onsiderably

     

    ore 

    ubstantial,  specially 

    because he onditions  of

     

    he

     

    ransparency n his 

    rea 

    passing 

    from

     he as to

     

    he iquid

     

    tate,

     can e

     

    specially nfavorable 

    (aL

     ̂1). 

    It

     

    nown

     hat n

     

    mportant

     

    ole can

     e 

    played

     y 

    radiation 

    or

     

    high

     

    emperatures melts (glasses, lags).  It 

    can

     be 

    Just

     

    s

     

    reat

     

    n

     

    solid 

    onm


Recommended