Авторы

Анализ методов описания термодинамической поверхности диоксида углерода

УДК 536.71

Анализ методов описания термодинамической поверхности диоксида углерода

Рыков С. В., Кудрявцева И. В., Рыков В.А., Рыков С.А., Коняев Д. В.

Аннотация
В рамках теории скейлинга разработано фундаментальноре уравнение состояния (ФУС) диоксида углерода, имеющее рабочую область: по давлению до 500 МПа и по температуре до 1000 K. Оценка неопределенности описания ФУС термических и калорических свойств диоксида углерода проведена на основе статистических характеристик, включающих расчет ADD (абсолютное среднее отклонение) и BIAS (систематическое отклонение) по методике NIST и среднеквадратического отклонения, СКО, ГОСТ 34100.3-2017. На основе этих же статистических характеристик выполнен анализ трехрапаметрического уравнения Каплуна–Мешалкина, рабочую область которого его авторы определили: по давлению от 0,1 МПа до 100 МПа и по температуре от 220 К до 1000 К. Показано, что оценки точности УС Каплуна–Мешалкина позволяют рекомендовать это уравнение для инженернов расчетов только термической поверхности диоксида углерода, находящегося в сверхкритическом состоянии, в диапазоне от 320 К и до 1000 К. Рассчитаны значения ADD_КМ/ADD_ФУС для сверхкритического флюида, жидкости, газа, насыщенного пара и насыщенной жидкости, которые соответственно равны: 19,2; 303; 14,7; 83 и 1069. ADD_ФУСи ADD_КМ рассчитаны соответственно на базе ФУС и УС Каплуна–Мешалкина.

Ключевые слова: уравнение состояния, сжимаемость, термическая поверхность, неопределенность, диоксид углерода.

Список литературы

1. Каплун А.Б., Мешалкин А.Б. О термодинамическом обосновании формы единого уравнения состояния жидкости и газа // ТВТ. 2003. Т. 41. С. 373-380.

2. Старков А.С., Мельник Г.Е., Старков К.А., Федоров А.А. Уравнение состояния и плотность смеси сверхкритического диоксида углерода с растительными маслами // Вестник Международной академии холода. 2021. №4. С. 66-72.

3. Рид Р., Праусниц Дж. Шервуд Т.Свойства газов и жидкостей. Л.: Изд-во Химия. 1982. 592 с.

4. Bezverkhii P.P., Martynets V.G., Kaplun A.B., Meshalkin A.B. The Thermodynamic Properties of CO₂ up to 200 MPa Including the Critical Region, Calculated by a New Combined Equation of State with Few Parameters // Int. J. Thermophys. 2020. V. 41. P. 1-20.

5. Rykov V.A., Kudryavtseva I.V., Rykov S.V., Ustyuzhanin E.E. A new variant of a scaling hypothesis and a fundamental equation of state based on it // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 946. P. 012118.

6. Kolobaev V.A., Popov P.V., Kozlov A.D., Rykov S.V., Kudryavtseva I.V., Rykov V.A., Sverdlov A.V., Ustyuzhanin E.E.Methodology for constructing the equation of state and thermodynamic tables for a new generation refrigerant // Measurement Techniques. 2021. V. 64. P. 109-118.

7. Span R., Wagner W. A new equation of state for carbon dioxide covering the fluid region from the triple-point temperature to 1100 K at pressures up to 800 MPa // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1996. V.25, N 6. P. 1509-1596

8. Алтунин В.В. Теплофизические свойства двуокиси углерода, М.: Изд-во стандартов. 1975. 546 с.

9. Rykov S.V., Kudryavtseva I.V., Rykov V.A. Method for constructing fundamental equation of state based on the relationships of similarity theory and scaling hypothesis // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1565. P. 012038.

10. Ма Ш. Современная теория критических явлений. М.: Мир. 1980. 298 с.

11. Bezverkhii P.P., Martynets V.G., Kaplun A.B., Meshalkin A.B. Calculation of thermodynamic properties of SF₆ including the critical region. Combined thermal equation of state with a small number of parameters // High Temp. 2017. V. 55. P. 693-701.

12. Таблицы стандартных справочных данных ГСССД 309 - 2015. Шестифтористая сера. Термодинамические свойства в диапазоне температур 230…650 К и давлений 0,01…50 МПа, включая критическую область / Безверхий П.П., Мартынец В.Г., Матизен Э.В., Мешалкин А.Б., Каплун А.Б., Попов П.В., Устюжанин Е.Е., Шишаков В.В. Росс. научно-технич. центр информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия. М., 2015. 61 с.

13. Кудрявцева И.В. Aсимметричное единое уравнение состояния аргона и хладагента R134a // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург, 2007.

14. Рыков С.В., Багаутдинова А.Ш., Кудрявцева И.В., Рыков В.А.Ассиметричное масштабное уравнение состояния // Вестник Международной академии холода. 2008. №3. С. 30-32.

15. Rykov V.A., Rykov S.V., Kudryavtseva I.V., Sverdlov A.V. Method of constructing a fundamental equation of state based on a scaling hypothesis // J. Phys.: Conf. Ser. 2017. V. 891. P. 012334.

16. Рыков С.В., Кудрявцева И.В. Метод расчета асимметричных составляющих свободной энергии в физических переменных // Вестник Международной академии холода. 2009. № 1. С. 43-45.

17. Ely J.F. Specific Heats (C_v) of Saturated and Compressed Liquid and Vapor Carbon Dioxide // Int. J. Thermophys. 1986. V. 7. P. 1163–1182.

18. Mantilla I.D., Cristancho D.E., Ejaz S., Hall K.R. P-ρ-T Data for Carbon Dioxide from (310 to 450) K up to 160 MPa // J. Chem. Eng. Data. 2010. V. 55. P. 4611-4613.

19. Klimeck J., Kleinrahm R., Wagner W. Measurements of the relation methane and carbon dioxide in the temperature rang 240 K to 520 K // J. Chem. Thermodyn. 2001. V. 33. P. 251-267.

20. Duschek W., Kleinrahm R., Wagner W. Measurement and correlation of the (pressure. density. temperature) relation of carbon dioxide // J. Chem. Thermodyn. 1990. V. 22. P. 841-864.

21. Кудрявцева И.В., Камоцкий В.И., Рыков С.В., Рыков В.А. Расчет линии фазового равновесия диоксида углерода // Процессы и аппараты пищевых производств. 2013. № 4. С. 11.

22. Di Nicola G., Giuliani G., Polonara F., Stryjek R. PVTx measurements for the R125 + CO₂ system by the Burnett method // Fluid Phase Equilib. 2002. V. 199. P. 161-174.

23. Magee J.W., Ely J.F. Specific Heats (C_v) of Saturated and Compressed Liquid and Vapor Carbon Dioxide // Int. J. Thermophys. 1986. V. 7. P. 1163-1182.

24. Holste J.S., Hall K.R., Eubank P.T. Experimental (p, V_m, T) for pure CO₂ beetween 220 and 450 K // J. Chem. Thermodyn. 1987. V. 197. P. 1233-1250.

25. Beck L., Ernst G., Gurtner J. Isochoric heat capacity cv of carbon dioxide and sulfur hexafluoride in the critical region // J. Chem. Thermodyn. 2002. V. 34. P. 277-292.

26. Колобаев В.А., Рыков С.В., Кудрявцева И.В., Устюжанин Е.Е., Попов П.В., Рыков В.А., Козлов А.Д. Термодинамические свойства хладагента R1233zd(E): методика построения фундаментального уравнения состояния и табулированные данные // Измерительная техника. 2022. № 5. С. 22-28.

27. ГОСТ34100.3-2017/ISO/IEC Guide 98-3:2008.

28. NIST Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Database (REFPROP): Version 10. https://www.nist.gov/srd/refprop

Читать статью полностью