agosty.ru07. МАТЕМАТИКА. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ07.030. Физика. Химия

ГОСТ Р 8.981-2019 Государственная система обеспечения единства измерений. Стандартные справочные данные. Этан жидкий и газообразный. Термодинамические свойства, коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах от 91 К до 675 К и давлениях до 100 МПа

Обозначение:
ГОСТ Р 8.981-2019
Наименование:
Государственная система обеспечения единства измерений. Стандартные справочные данные. Этан жидкий и газообразный. Термодинамические свойства, коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах от 91 К до 675 К и давлениях до 100 МПа
Статус:
Действует
Дата введения:
03.01.2020
Дата отмены:
-
Заменен на:
-
Код ОКС:
07.030

Текст ГОСТ Р 8.981-2019 Государственная система обеспечения единства измерений. Стандартные справочные данные. Этан жидкий и газообразный. Термодинамические свойства, коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах от 91 К до 675 К и давлениях до 100 МПа

ГОСТ Р 8.981-2019

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

СТАНДАРТНЫЕ СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

Этан жидкий и газообразный. Термодинамические свойства, коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах от 91 К до 675 К и давлениях до 100 МПа

State system for ensuring the uniformity of measurements. Standard reference data. Liquid and gaseous ethane. Thermodynamic properties, dynamic viscosity and thermal conductivity at temperatures from 91 K up to 675 K and pressures up to 100 MPa

ОКС 07.030

Дата введения 2020-03-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы" (ФГУП "ВНИИМС")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 180 "Стандартные справочные данные о физических константах и свойствах веществ и материалов"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 7 ноября 2019 г. N 1095-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на жидкий и газообразный этан и устанавливает методы расчетного определения значений стандартных справочных данных по плотности , энтальпии h, энтропии s, изобарной теплоемкости , изохорной теплоемкости , скорости звука w, коэффициента динамической вязкости и коэффициента теплопроводности для этана как в однофазных областях (газ, жидкость и флюид), так и на линии фазового перехода газ - жидкость (линии насыщения), а также значений давления насыщения .

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 8.566 Государственная система обеспечения единства измерений. Межгосударственная система данных о физических константах и свойствах веществ и материалов. Основные положения

ГОСТ Р 8.614 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная служба стандартных справочных данных. Основные положения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Общие положения

Стандартные справочные значения (ГОСТ Р 8.614, ГОСТ 8.566) , h, s, , , w и рассчитаны по единому для жидкой и газовой фаз фундаментальному уравнению состояния (ФУС) - зависимости свободной энергии (функции Гельмгольца) F от плотности и температуры T

, (1)

где f, и - безразмерные полная свободная энергия, идеально-газовая и неидеальная составляющие свободной энергии, соответственно;

- относительная плотность, ;

- относительная температура, .

Значения плотности () и температуры () этана в критической точке приведены в таблице А.1 приложения А.

Уравнение для идеально-газовой составляющей свободной энергии имеет следующий вид

. (2)

Коэффициенты и параметры уравнения (2) приведены в таблице А.3 приложения А.

Уравнение для неидеальной составляющей свободной энергии имеет следующий вид

, (3)

где

(4)

В формулах (3) и (4) - коэффициенты уравнения состояния, значения которых вместе с показателями степеней , , и параметрами , , , , приведены в таблице А.2 приложения А.

Плотность в однофазных областях при заданных значениях давления (р) и температуры (Т) определяют из решения следующего уравнения

, (5)

где ;

.

Значения давления () и фактора сжимаемости () в критической точке, а также газовой постоянной (R) этана приведены в таблице А.1 приложения А.

Плотности газовой и жидкой фаз на линии насыщения при заданной температуре T определяются из условий фазового равновесия в результате решения следующей системы уравнений:

(6)

где - безразмерная неидеальная составляющая изобарно-изотермического потенциала (потенциала Гиббса)

. (7)

Давление на линии насыщения определяют по формуле (5) для .

Энтальпию, энтропию, изобарную, изохорную теплоемкости и скорость звука как в однофазных областях (для T и ), так и на линии насыщения (для T, или T, ) вычисляют по следующим формулам:

; (8)

; (9)

; (10)

; (11)

, (12)

где , , - энтальпия, энтропия и изохорная теплоемкость в идеально-газовом состоянии.

Термодинамические свойства в идеально-газовом состоянии определяют по формулам, полученным из :

; (13)

; (14)

, (15)

где ;

и - функции от , имеющие следующий вид

, . (16)

Коэффициенты в выражениях (13)-(15) и параметры в (16), а также значения безразмерных энтальпии и энтропии при температуре и - теплоты сублимации равновесного кристалла при T=0 К [1] приведены в таблице А.3 приложения А.

Комплексы в формулах (5)-(12) определяют по следующим соотношениям, полученным из с использованием известных дифференциальных уравнений термодинамики

; (17)

; (18)

; (19)

; (20)

; (21)

, (22)

где

; (23)

; (24)

; (25)

. (26)

Стандартные справочные значения коэффициента динамической вязкости этана рассчитаны по следующему уравнению

, (27)

где

(28)

В формулах (27), (28) - коэффициенты уравнения динамической вязкости, значения которых вместе с показателями степеней , и параметрами , , приведены в таблице А.4 приложения А.

Стандартные справочные значения коэффициента теплопроводности этана рассчитаны по следующему уравнению

, (29)

где , и - соответственно, коэффициент теплопроводности этана в разреженном состоянии, избыточная по отношению к составляющая коэффициента теплопроводности и неаналитическая (аномальная) составляющая коэффициента теплопроводности. Значения и определяются по уравнениям из [1]; значения (в отличие от [1]) определяются по упрощенной кроссоверной модели:

; (30)

, (31)

где , .

(32)

; (33)

; (34)

; (35)

; (36)

. (37)

Значения коэффициентов и уравнений (30, 31) приведены в таблицах А.5, А.6. Универсальные теоретически обоснованные постоянные 1,380658·10; 1,03; v = 0,63; 1,239. Значения подгоночных параметров для этана , Г, , и приведены в таблице А.1 приложения А. В выражениях (32), (35)-(37) теплоемкости , и расчетный комплекс определяются по формулам (10), (11) и (18), соответственно; коэффициент динамической вязкости определяется по формулам (27, 28).

Рассчитанные стандартные справочные значения термодинамических и переносных (, ) свойств этана на линии насыщения приведены в таблице Б.2 приложения Б, а в однофазных областях - в таблице В.1 приложения В.

Расширенные неопределенности (с доверительной вероятностью 95%) расчетных значений термодинамических свойств: плотности , скорости звука , изохорной и изобарной теплоемкостей определяются в соответствии с оценками, приведенными в [1].

Для околокритической области авторы работы [1] вместо приводят значения , поэтому значения определяются в соответствии с теорией переноса ошибок по формуле

. (38)

Расширенные неопределенности расчетных значений энтальпии и энтропии определяются в соответствии с теорией переноса ошибок через по следующим выражениям:

, кДж/кг; (39)

, %. (40)

В формулах (39)-(40) и есть расчетные комплексы (20)-(21); рассчитывается по формуле (15), но без учета .

4 Расширенные неопределенности расчетных значений стандартных справочных данных по свойствам этана

Расширенные неопределенности (с доверительной вероятностью 95%) расчетных значений свойств переноса: коэффициента динамической вязкости и коэффициента теплопроводности определяются в соответствии с оценками, приведенными в [1].

Расширенные неопределенности расчетных значений стандартных справочных данных этана представлены в таблицах Б.2 приложения Б и В.1 приложения В, где для всех теплофизических свойств, кроме энтальпии, приведены относительные величины неопределенностей , %; для энтальпии приведена абсолютная величина , кДж/кг.

Приложение А
(обязательное)

Основные физические параметры и коэффициенты уравнений для определения значений стандартных справочных данных по свойствам этана

Таблица А.1 - Основные физические параметры этана

Физический параметр, размерность

Значение

Молярная масса М, кг/кмоль

30,06904

Газовая постоянная R, кДж/(кг·К)

0,27651272

Параметры в тройной точке:

давление , МПа

1,14·10

температура , К

90,368

Параметры в критической точке:

давление , МПа

4,8722

температура , К

305,322

плотность , кг/м

206,18

фактор сжимаемости

0,279901586

Параметры потенциала Леннарда-Джонса:

энергетический , K

264,7

Параметры для расчета :

, нм

0,19

Г

0,0541

, нм

0,40

, K

457,983

Таблица А.2 - Коэффициенты, показатели степеней и параметры уравнения для неидеальной составляющей ФУС этана [см. уравнения (3) и (4)]

j

1

0,83440745735241

1

0,25

0

0

-

-

-

-

2

-0,14287360607171·10

1

1

0

0

-

-

-

-

3

0,34430242210927

2

0,25

0

0

-

-

-

-

4

-0,42096677920265

2

0,75

0

0

-

-

-

-

5

0,12094500886549 10

4

0,75

0

0

-

-

-

-

6

-0,57976201597341

1

2

-1

1

-

-

-

-

7

-0,33127037870838 10

1

4,25

-1

1

-

-

-

-

8

-0,11751654894130

2

0,75

-1

1

-

-

-

-

9

-0,11160957833067

2

2,25

-1

1

-

-

-

-

10

0,62181592654406 10

3

3

-1

1

-

-

-

-

11

0,98481795434443 10

6

1

-1

1

-

-

-

-

12

-0,98268582682358 10

6

1,25

-1

1

-

-

-

-

13

-0,23977831007049 10

7

2,75

-1

1

-

-

-

-

14

0,69885663328821 10

9

1

-1

1

-

-

-

-

15

0,19665987803305 10

10

2

-1

1

-

-

-

-

16

-0,14586152207928 10

2

2,5

-1

2

-

-

-

-

17

0,46354100536781 10

4

5,5

-1

2

-

-

-

-

18

0,60764622180645 10

4

7

-1

2

-

-

-

-

19

-0,26447330147828 10

5

0,5

-1

2

-

-

-

-

20

-0,42931872689904 10

5

5,5

-1

2

-

-

-

-

21

0,29987786517263 10

6

2,5

-1

2

-

-

-

-

22

0,52919335175010 10

8

4

-1

2

-

-

-

-

23

-0,10383897798198 10

9

2

-1

2

-

-

-

-

24

-0,54260348214694 10

2

10

-1

3

-

-

-

-

25

-0,21959362918493

3

16

-1

3

-

-

-

-

26

0,35362456650354

3

18

-1

3

-

-

-

-

27

-0,12477390173714

3

20

-1

3

-

-

-

-

28

0,18425693591517

4

14

-1

3

-

-

-

-

29

-0,16192256436754

4

18

-1

3

-

-

-

-

30

-0,82770876149064 10

5

12

-1

3

-

-

-

-

31

0,50160758096437 10

5

19

-1

3

-

-

-

-

32

0,93614326336655 10

6

7

-1

3

-

-

-

-

33

-0,27839186242864 10

11

15

-1

3

-

-

-

-

34

0,23560274071481 10

14

9

-1

3

-

-

-

-

35

0,39238329738527 10

3

26

-1

4

-

-

-

-

36

-0,76488325813618 10

3

28

-1

4

-

-

-

-

37

-0,49944304440730 10

4

28

-1

4

-

-

-

-

38

0,18593386407186 10

8

22

-1

4

-

-

-

-

39

-0,61404353331199 10

10

13

-1

4

-

-

-

-

40

-0,23312179367924 10

1

0

-1

2

15

150

1

1,05

41

0,29301047908760 10

1

3

-1

2

15

150

1

1,05

42

-0,26912472842883 10

3

3

-1

2

15

150

1

1,05

43

0,18413834111814 10

3

0

-1

2

20

275

1

1,22

44

-0,10397127984854 10

2

3

-1

2

20

400

1

1,16

Таблица А.3 - Коэффициенты уравнений (2) и (13)-(16) для термодинамических свойств этана в идеально-газовом состоянии, энтальпия сублимации при T = 0 K, безразмерные энтальпия и энтропия при 298,15 К

i

1

9,212802589

-

2

-4,682248550

-

3

3,003039265

-

4

1,117433359

1,4091052332

5

3,467773215

4,0099170712

6

6,941944640

6,5967098342

7

5,970850948

13,9798102659

968,426 кДж/кг

4,79067

27,5600

Таблица А.4 - Коэффициенты, показатели степеней и параметры уравнения для коэффициента динамической вязкости этана [см. уравнения (27) и (28)]

j

1

9,6634694892149

0

-1

0

-

-

2

-2,2985582151676 10

0

-3

0

-

-

3

6,6687966976352

1

0

0

-

-

4

-4,6983342709702

1

1

0

-

-

5

1,9688847427047 10

2

0

0

-

-

6

-9,5399537393789

2

1

0

-

-

7

6,3640646131666 10

7

0

0

-

-

8

7,9981217444542 10

8

1

0

-

-

9

7,0489675750657 10

17

3

0

-

-

10

-2,2734655865556 10

3

0

-1

-

-

11

2,2124096051632 10

3

2

-1

-

-

12

-3,0986358885564 10

3

5

-1

-

-

13

6,4034200732045 10

1

1

0

90

100

14

7,0437620805249 10

1

1

0

50

250

Таблица А.5 - Коэффициенты уравнения (30) для этана

l

-4

0,427991755 10

-3

-0,562964648 10

-2

0,314495616 10

-1

-0,968080570 10

0

0,175632364 10

1

-0,186476233 10

2

0,107359347 10

3

-0,258465947 10

4

0,213968254 10

Таблица А.6 - Коэффициенты уравнения (31) для этана

i

j = 0

j = 1

j = 2

1

1,1795365

-1,5320900

2,0159682

2

3,1188977

-4,7166037

0,0

3

-8,3572937 10

1,4575942

0,0

4

8,5729762 10

-1,6354312 10

0,0

5

-3,5751570 10

7,9301012 10

-1,6496369 10

6

4,9626960 10

-1,3652796 10

6,6052581 10

Приложение Б
(обязательное)

Таблицы контрольных стандартных значений теплофизических свойств этана на кривой насыщения

Таблица Б.1 - Обозначения и размерности теплофизических свойств и их неопределенностей, представленных в таблицах Б.2 и В.1 (приложения В)

Наименование

Обозначение

Размерность

Температура

T

К

Давление

P

МПа

Давление насыщения

МПа

Плотность

кг/м

Энтальпия

h

кДж/кг

Энтропия

s

кДж/(кг·К)

Изохорная теплоемкость

кДж/(кг·К)

Изобарная теплоемкость

кДж/(кг·К)

Скорость звука

w

м/с

Коэффициент динамической вязкости

мкПа·с

Коэффициент теплопроводности

мВт/(м·К)

Относительная неопределенность теплофизических свойств, исключая энтальпию

%

Абсолютная неопределенность энтальпии

кДж/кг

Примечание - В таблице Б.2, где представлены контрольные стандартные значения теплофизических свойств (А) этана на кривой насыщения, обозначения А' и А" - свойства насыщенной жидкости и насыщенного пара, соответственно.

Таблица Б.2 - Контрольные стандартные значения теплофизических свойств этана на кривой насыщения

T

h'

h"

s'

s"

91,00

0,13473·10

650,83

0,53543·10

476,0

1070,0

2,5793

9,1072

1,600

0,893

0,02

0,02

0,03

0,6

0,1

0,06

0,01

2,0

0,2

100,00

0,11081·10

640,95

0,40074·10

496,6

1080,6

2,7961

8,6357

1,541

0,911

0,02

0,02

0,03

0,5

0,1

0,05

0,01

2,0

0,2

150,00

0,96380·10

585,17

0,23373

611,3

1141,7

3,7247

7,2608

1,442

1,027

0,02

0,02

0,03

0,3

0,1

0,03

0,01

2,0

0,2

200,00

0,21723

523,98

0,41705·10

732,0

1199,9

4,4159

6,7553

1,444

1,179

0,02

0,02

0,03

0,2

0,1

0,02

0,01

2,0

0,2

250,00

0,13008·10

448,05

0,23591·10

867,8

1240,2

5,0106

6,5000

1,533

1,448

0,02

0,02

0,03

0,1

0,1

0,02

0,01

2,0

0,2

300,00

0,43573·10

303,51

0,11450·10

1058,1

1207,8

5,6684

6,1674

1,912

2,089

0,02

0,02

0,12

0,1

0,3

0,01

0,02

5,0

5,0

305,00

0,48392·10

241,96

0,17075·10

1107,7

1161,2

5,8264

6,0019

2,470

2,623

0,02

0,87

1,67

1,4

2,8

0,08

0,16

5,0

5,0

Окончание таблицы Б.2

T

w'

w"

91,00

2,321

1,169

2004,1

181,5

1258,0

2,87

-

-

2,0

0,2

0,15

0,04

4,0

6,0

-

-

100,00

2,283

1,187

1938,4

189,9

890,0

3,16

239,4

2,81

2,0

0,2

0,15

0,04

4,0

6,0

3,0

5,0

150,00

2,333

1,312

1575,5

228,8

269,3

4,72

201,7

6,15

2,0

0,2

0,15

0,04

4,0

6,0

3,0

5,0

200,00

2,512

1,537

1196,0

252,3

138,8

6,26

150,4

10,62

2,0

0,2

0,15

0,02

4,0

6,0

3,0

5,0

250,00

2,994

2,160

788,3

248,8

78,3

8,01

105,8

16,93

2,0

0,2

0,15

0,02

4,0

6,0

4,0

4,0

300,00

10,022

13,299

274,9

200,5

34,7

13,39

72,5

46,79

5,0

5,0

2,00

2,00

4,0

1,5

5,0

5,0

305,00

164,093

247,460

175,1

178,8

25,7

17,94

106,8

122,80

5,0

5,0

2,00

2,00

4,0

1,5

5,0

5,0

Приложение В
(обязательное)

Таблицы контрольных стандартных значений теплофизических свойств этана в однофазной области

Таблица В.1 - Контрольные стандартные значения теплофизических свойств этана в однофазной области

р

h

s

w

T = 91,0 K

0,1

650,87

476,1

2,5790

1,600

2,321

2004,5

1258,97

-

0,02

0,6

0,06

3,0

3,0

0,15

6,0

-

T = 200,0 K

0,1

1,8557

1205,4

6,9892

1,149

1,457

257,9

6,26

10,42

0,03

0,1

0,01

0,2

0,2

0,04

6,0

5,0

50,0

566,40

787,1

4,2366

1,504

2,308

1550,2

200,46

191,27

0,30

3,3

0,19

5,0

5,0

1,00

6,0

3,0

100,0

593,30

848,8

4,1146

1,557

2,255

1772,9

259,78

-

1,00

16,3

0,68

5,0

5,0

1,00

6,0

-

T = 300,0 K

0,1

1,2144

1364,7

7,6309

1,479

1,764

312,2

9,29

21,82

0,03

0,1

0,01

0,2

0,2

0,02

0,5

2,0

50,0

475,51

1029,8

5,2170

1,702

2,577

1097,3

95,23

131,33

1,00

3,5

0,30

5,0

5,0

1,00

4,0

4,0

100,0

521,82

1083,1

5,0617

1,749

2,461

1405,6

134,34

-

1,00

8,7

0,37

5,0

5,0

1,00

6,0

-

T = 400,0 K

0,1

0,90674

1561,7

8,1947

1,901

2,181

355,2

12,16

36,84

0,04

0,1

0,01

0,2

0,2

0,02

0,5

2,0

50,0

386,53

1305,4

6,0074

2,052

2,931

808,2

57,61

101,33

1,00

0,7

0,18

2,0

2,0

1,00

4,0

4,0

100,0

457,76

1344,9

5,8125

2,088

2,781

1159,1

88,90

-

1,00

4,9

0,24

5,0

5,0

1,00

6,0

-

T = 500,0 K

0,1

0,72420

1800,8

8,7264

2,315

2,594

393,1

14,83

54,17

0,04

0,1

0,01

0,5

0,5

0,10

0,5

2,0

50,0

310,39

1613,2

6,6931

2,425

3,209

675,7

42,21

92,36

1,00

0,3

0,12

2,0

2,0

1,00

4,0

4,0

100,0

402,26

1639,4

6,4684

2,455

3,105

1013,4

67,56

-

1,00

3,1

0,17

5,0

5,0

1,00

6,0

-

T = 600,0 K

0,1

0,60305

2079,2

9,2330

2,689

2,967

427,6

17,26

72,75

0,10

0,1

0,01

0,5

0,5

0,10

0,5

3,0

50,0

254,44

1945,3

7,2980

2,773

3,429

635,8

36,11

99,38

1,00

0,4

0,09

2,0

2,0

1,00

6,0

4,0

100,0

355,97

1964,7

7,0608

2,800

3,396

934,4

56,50

-

1,00

2,2

0,13

5,0

5,0

1,00

6,0

-

T = 675,0 K

0,1

0,53589

2311,3

9,5973

2,942

3,219

451,9

18,89

87,04

0,10

0,1

0,01

0,5

0,5

0,10

6,0

3,0

50,0

223,82

2208,5

7,7111

3,011

3,589

633,1

34,18

109,63

1,00

0,4

0,08

2,0

2,0

1,00

6,0

5,0

100,0

326,93

2226,9

7,4722

3,036

3,592

902,3

51,61

-

1,00

1,9

0,11

5,0

5,0

1,00

6,0

-

Библиография

[1]

ГСССД 318-2017

Таблицы стандартных справочных данных. Этан жидкий и газообразный. Термодинамические свойства, коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах от 91 до 675 К и давлениях до 100 МПа. - М.: ФГУП "ВНИИМС", 2017. - 59 с.

УДК 547.2146:006.354

ОКС 07.030

Ключевые слова: Государственная система обеспечения единства измерений, стандартные справочные данные, жидкий и газообразный этан, термодинамические свойства, коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности

Электронный текст документа

и сверен по:

, 2019