Некоторые результаты исследования температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке
Даны результаты экспериментальных исследований температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке. Наведенi результати експериментальних дослiджень температурної залежностi швидкостi звуку в рiдкому амiаку. Some results of experimental stydying of the temperature dependence of sound velocity...
Saved in:
| Published in: | Акустичний вісник |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут гідромеханіки НАН України
2008
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79822 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Некоторые результаты исследования температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке / М.Я. Андреев, И.Л. Рубанов, Ю.И. Флеер // Акустичний вісник — 2008. —Т. 11, № 2. — С. 12-15. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860088833525153792 |
|---|---|
| author | Андреев, М.Я. Рубанов, И.Л. Флеер, Ю.И. |
| author_facet | Андреев, М.Я. Рубанов, И.Л. Флеер, Ю.И. |
| citation_txt | Некоторые результаты исследования температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке / М.Я. Андреев, И.Л. Рубанов, Ю.И. Флеер // Акустичний вісник — 2008. —Т. 11, № 2. — С. 12-15. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Акустичний вісник |
| description | Даны результаты экспериментальных исследований температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке.
Наведенi результати експериментальних дослiджень температурної залежностi швидкостi звуку в рiдкому амiаку.
Some results of experimental stydying of the temperature dependence of sound velocity in the ammoniak are presented.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:22:03Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2008. Том 11, N 2. С. 12 – 15
УДК 534.1
НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ СКОРОСТИ ЗВУКА
В ЖИДКОМ АММИАКЕ
М. Я. А Н Д РЕ ЕВ, И. Л. РУ Б АН О В, Ю. И. ФЛ ЕЕ Р
ОАО Концерн “Океаприбор”, Санкт-Петербург, Российская Федерация
Получено 27.07.2008
Даны результаты экспериментальных исследований температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке.
Наведенi результати експериментальних дослiджень температурної залежностi швидкостi звуку в рiдкому амiаку.
Some results of experimental stydying of the temperature dependence of sound velocity in the ammoniak are presented.
ВВЕДЕНИЕ
Аммиак жидкий технический широко приме-
няется в различных областях промышленности и
сельском хозяйстве. Аммиак марки А использу-
ется для выработки азотной кислоты, азотирова-
ния, создания защитных атмосфер, в качестве хла-
дагента. Аммиак марки Б применяется для прои-
зводства азотных удобрений и непосредственного
внесения в почву [1]. В связи с токсичностью и
взрывоопасностью этого соединения, а также уже-
сточением требований экологии и промышленной
безопасности [1 – 3] при его производстве и транс-
портировке широко используются неконтактные
контрольно-измерительные приборы (КИП), в том
числе и ультразвуковые. Ультразвуковые измери-
тели уровня УЗУ-2 и УЗУ-2Т и системы на их
основе успешно эксплуатируются в составе техно-
логических линий приемки, хранения и отгруз-
ки аммиака на ряде предприятий Российской Фе-
дерации, Республики Беларусь, Республики Ли-
тва [4 – 8]. Одним из достоинств таких устройств
является возможность их демонтажа для периоди-
ческих поверок, технических проверок, регламен-
тных работ, ремонта без выведения из эксплуата-
ции емкости или резервуара, на котором установ-
лены датчики.
Для эффективного применения ультразвуковых
измерителей уровня необходимы подробные дан-
ные о влиянии различных факторов на скорость
звука в жидком аммиаке. В этой статье приведе-
ны результаты экспериментальных исследований
температурной зависимости указанной величины.
1. ТЕОРИЯ
В работе [9] в результате решения уравнения со-
стояния для скорости звука в аммиаке получена
Табл 1. Температурная зависимость
скорости звука a, м/c по [9]
t◦C p, бар
0.1 1 2 5 10 15
−73 1700 1700 1700 1700 1700 1710
−63 367∗ 1680 1680 1680 1680 1690
−53 376 1650 1650 1650 1660 1660
−43 384 1620 1620 1620 1630 1630
−33 392 387∗ 1590 1590 1590 1600
−23 400 396 1550 1550 1550 1560
−13 408 404 400∗ 1500 1500 1510
−3 415 412 408 1450 1460 1460
7 422 419 416 406∗ 1400 1410
17 429 427 424 415 1340 1350
27 436 434 431 423 408∗ 1290
37 443 441 439 432 419 1220
∗ – переход аммиака в газовую фазу.
следующая формула:
at =
√
RTкрτKZ . (1)
Здесь R – постоянная Клайперона; Tкр – абсолю-
тная температура в критической точке; τ – при-
веденная температура; К – объемный показатель
изоэнтропы; Z – коэффициент сжимаемости. В
табл. 1 приведены расчетные значения скорости
звука в зависимости от давления p, бар [9].
В достаточно широком диапазоне температур и
давлений скорость звука в жидком аммиаке может
быть аппроксимирована выражением
at = −2.54 · 10
−2t2 − 5.477t + 1437.4, (2)
где t – температура аммиака в ◦C.
12 c© М. Я. Андреев, И. Л. Рубанов, Ю. И. Флеер , 2008
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2008. Том 11, N 2. С. 12 – 15
Рис. 1. Общий вид котла железнодорожного вагона-цистерны
Табл 2. Основные габаритные размеры вагона-цистерны
Измерение Модель 15-1440 Модель 15-1597
Внутренний радиус котла, Rвн, м 1.3 1.5
Длина цилиндрической обечайки, L, м 9.184 9.55
Внутренняя высота овалоидной части днища, hов, м 0.72 0.83
Высота цилиндрической части котла, h, м 0.074 0.080
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ
В реальных условиях жидкий аммиак содержит
воду, железо, растворенный газ [1]. При этом коли-
чество примесей во многом определяется техноло-
гическими процессами его изготовления и транс-
портировки. В связи с этим в процессе пуско-
наладочных работ на сливо-наливных эстакадах
предприятий-заказчиков возникла необходимость
в изучении реальной температурной зависимости
скорости звука в жидком аммиаке. Исследования
проводились с помощью прибора УЗУ-2 [4] для
железнодорожных вагонов-цистерн наиболее упо-
требляемых типов – моделей 15-1440 (ац30т) и 15-
1597 (ац43т) [10]. Эскиз котла цистерны приве-
ден на рис. 1, а основные габаритные размеры –
в табл. 2. Коллектор (аммиакопровод) на выхо-
де оборудовался датчиком температуры, а темпе-
ратура продукта в течение всего процесса налива
(слива) изменялась не более, чем на 1◦C.
С помощью реперного акустического канала
прибора УЗУ-2 определялось время прохождения
импульса по диаметру цистерны τи и вычислялась
скорость звука по формуле
a =
4Rвн
τи
. (3)
При этом предполагалось, что внутренний радиус
котла Rвн соответствует данным табл. 2.
Основная погрешность измерения температу-
ры применявшимися датчиками составляла не бо-
лее ∆t=±0.5◦C, а аппаратная погрешность изме-
рения временного интервала прибором УЗУ-2 –
∆τ =±1 мкс. В процессе измерений в серии по
n≥10 тестов вычислялись средние значения ско-
рости звука ā и среднеквадратическое отклонение
S суммарной относительной погрешности измере-
ний.
При сопоставлении результатов, полученных
для одной температуры продукта, но в различных
условиях (зима/лето, сливо-наливные эстакады в
Перми, Березниках, Гродно, Йонаве и др.), на-
ми проводилась проверка гипотезы равенства сре-
дних значений скорости звука [11, 12]
H0 : ā1 = ā2,
H1 : ā1 6= ā2,
(4)
где ā1 и ā2 – истинные средние значения измерен-
ных величин.
Принятие нулевой гипотезы означало, что ре-
зультаты измерений скорости звука в жидком ам-
миаке (при одной и той же температуре, но в раз-
личных условиях эксплуатации) совпадает в ста-
тическом смысле с доверительной вероятностью
М. Я. Андреев, И. Л. Рубанов, Ю. И. Флеер 13
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2008. Том 11, N 2. С. 12 – 15
1300
1350
1400
1450
1500
1550
1600
-20 -10 0 10 20
t, .
a, /
Рис. 2. Температурная зависимость
скорости звука в жидком аммиаке:
1 – теоретическая зависимость [9];
2 – отстоявшийся аммиак, длительное время находившийся
в цистерне и поступавший в хранилище
непосредственно из нее;
3 – аммиак, поступивший в цистерну
по аммиакопроводу непосредственно из агрегата;
4 – аммиак, поступивший в цистерну по аммиакопроводу
из изотермического хранилища
Рис. 3. Наливной и сливной
узел аммиачной цистерны:
1 – вентиль для газообразного аммиака;
2 – вентиль для жидкого аммиака;
3 – защитный колпак для крышки с арматурой;
4 – крышка люка цистерны; 5 – трубка;
6 – котел цистерны; 7 – сифонные трубы;
8 – воронка для установки
сифонных труб
P . Критерием ее проверки является статистика
t0 =
ā1 − ā2
√
S2
1
n1
+
S2
2
n2
, (5)
где ā1 и ā2 – истинные средние значения скорости
звука; n1 и n2 – объемы выборок для определе-
ния средних значений ā1 и ā2; S1 и S2 – выборо-
чные среднеквадратические отклонения суммар-
ной относительной погрешности измерений. Инде-
ксы 1 и 2 соответствуют измерениям при первых
и вторых условиях.
Критерий отклонения нулевой гипотезы равен-
ства средних значений выражается условием
|t0| > tα/2;ν, (6)
где tα/2;ν – верхняя α/2-процентная точка t-
распределения с ν степенями свободы, которые
определяются из соотношения
ν =
(
S2
1
n1
+
S2
2
n2
)2
1
n1 + 1
(
S2
1
n1
)2
+
1
n2 + 1
(
S2
2
n2
)2
− 2. (7)
Величина α дает уровень значимости рассма-
триваемого критерия. Значения верхней α/2-
процентной точки t-распределения с ν степенями
свободы tα/2;ν приведены в работе [12].
Сравнение результатов измерений скорости зву-
ка в условиях различных регионов (Пермь, Бере-
зники, Йонава, Гродно) и сезонов показали, что
уровень значимости во всех случаях удовлетворял
условию α≤0.11. Это означает совпадение полу-
ченных результатов с вероятностью P ≥0.9.
Типовые результаты измерений температурной
зависимости скорости звука в жидком аммиаке
для трех случаев приведены на рис. 2. Несложно
заметить, что наиболее близка к теоретической за-
висимости (2) скорость звука в аммиаке, поступив-
шем в цистерну по аммиакопроводу из изотерми-
ческого хранилища. При этом измеренные значе-
ния несколько выше, чем теоретические. По на-
шему мнению, отмеченное расхождение вызвано
наличием в жидком аммиаке растворенного газа.
Так, по условиям технологического процесса изго-
товления аммиак на выходе агрегата может содер-
жать до 20 % газовой фазы.
Что же касается аммиака, поступившего непо-
средственно из железнодорожной цистерны, сле-
дует отметить, что его слив осуществляется сле-
дующим образом (рис. 3). Газообразный амми-
14 М. Я. Андреев, И. Л. Рубанов, Ю. И. Флеер
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2008. Том 11, N 2. С. 12 – 15
ак под давлением подается в газоотводную труб-
ку 5 сливо-наливного узла цистерны и выдавлива-
ет жидкую фазу через сифонные трубы 7 в колле-
ктор. В результате неизбежно попадание некото-
рого дополнительного количества газа в жидкий
аммиак, вызывающее изменение его акустических
свойств.
ВЫВОДЫ
Получены экспериментальные данные, уточня-
ющие зависимости скорости звука от температуры
жидкого аммиака при различных условиях слива-
налива железнодорожных вагонов-цистерн. По на-
шему мнению, эти результаты позволят более эф-
фективно эксплуатировать ультразвуковые прибо-
ры контроля уровня.
1. ГОСТ 6221-90.– Аммиак жидкий технический. Те-
хнические условия.
2. ГОСТ Р51330.19-99.– Электрооборудование
взрывозащищенное. Данные по горючим газам и
парам, относящиеся к эксплуатации электрообо-
рудования.
3. ПБ О 9-170-97.– Общие правила взрывобезопа-
сности для взрывопожароопасных химических, не-
фтехимических и нефтеперерабатывающих прои-
зводств.
4. Андреев М. Я., Корякин Ю. А., Рубанов И. Л. Уль-
тразвуковые уровнемеры УЗУ-2 и УЗУ-2Т // Да-
тчики и системы.– 2002.– N 1.– С. 35–37.
5. Андреев М. Я., Гончаров А. А., Рубанов И. Л.
Некоторые результаты промышленных испыта-
ний ультразвукового уровнемера УЗУ-2Т //
Гидроакустика.– 2003.– Вып. 4.– С. 91–93.
6. Андреев М. Я., Корякин Ю. А., Рубанов И. Л.,
Флеер Ю. И. Применение ультразвуковых уров-
немеров и систем на их основе для обеспечения
экологической безопасности // Форум “Топливно-
энергетический комплекс России. Региональные
аспекты”.– Санкт-Петербург, 2003.– С. 74.
7. Андреев М. Я., Дмитриев И. Н., Корякин Ю. А.,
Рубанов И. Л. Системы контроля уровня на основе
ультразвуковых уровнемеров УЗУ-2 // Датчики и
системы.– 2004.– N 5.– С. 46–48.
8. Андреев М. Я., Рубанов И. Л., Флеер Ю. И.
Исследование работы ультразвукового уровнеме-
ра УЗУ-2 в процессе налива – слива железнодо-
рожных цистерн теплым газосодержащим амми-
аком // Гидроакустика.– 2007.– Вып. 7.– С. 33–35.
9. Голубев И. Ф., Кияшева В. П., Перельштейн И. М.,
Парушин Е. Б. Теплофизические свойства
аммиака.– М.: Изд-во стандартов, 1978.– 264 с.
10. Специализированные цистерны для перевозки
опасных грузов.– М.: Изд-во стандартов, 1993.
11. Леман Э. Проверка статистических гипотез.– М.:
Наука, 1964.– 297 с.
12. Монтгомери Д. К. Планирование эксперимента и
анализ данных.– Л.: Судостроение, 1980.– 384 с.
М. Я. Андреев, И. Л. Рубанов, Ю. И. Флеер 15
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79822 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-7507 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:22:03Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут гідромеханіки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Андреев, М.Я. Рубанов, И.Л. Флеер, Ю.И. 2015-04-05T13:17:28Z 2015-04-05T13:17:28Z 2008 Некоторые результаты исследования температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке / М.Я. Андреев, И.Л. Рубанов, Ю.И. Флеер // Акустичний вісник — 2008. —Т. 11, № 2. — С. 12-15. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1028-7507 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79822 534.1 Даны результаты экспериментальных исследований температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке. Наведенi результати експериментальних дослiджень температурної залежностi швидкостi звуку в рiдкому амiаку. Some results of experimental stydying of the temperature dependence of sound velocity in the ammoniak are presented. ru Інститут гідромеханіки НАН України Акустичний вісник Некоторые результаты исследования температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке Some results of studying of the temperature dependence for sound velocity in the liquid ammoniak Article published earlier |
| spellingShingle | Некоторые результаты исследования температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке Андреев, М.Я. Рубанов, И.Л. Флеер, Ю.И. |
| title | Некоторые результаты исследования температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке |
| title_alt | Some results of studying of the temperature dependence for sound velocity in the liquid ammoniak |
| title_full | Некоторые результаты исследования температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке |
| title_fullStr | Некоторые результаты исследования температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке |
| title_full_unstemmed | Некоторые результаты исследования температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке |
| title_short | Некоторые результаты исследования температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке |
| title_sort | некоторые результаты исследования температурной зависимости скорости звука в жидком аммиаке |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79822 |
| work_keys_str_mv | AT andreevmâ nekotoryerezulʹtatyissledovaniâtemperaturnoizavisimostiskorostizvukavžidkomammiake AT rubanovil nekotoryerezulʹtatyissledovaniâtemperaturnoizavisimostiskorostizvukavžidkomammiake AT fleerûi nekotoryerezulʹtatyissledovaniâtemperaturnoizavisimostiskorostizvukavžidkomammiake AT andreevmâ someresultsofstudyingofthetemperaturedependenceforsoundvelocityintheliquidammoniak AT rubanovil someresultsofstudyingofthetemperaturedependenceforsoundvelocityintheliquidammoniak AT fleerûi someresultsofstudyingofthetemperaturedependenceforsoundvelocityintheliquidammoniak |