1 РАЗРАБОТАН Главным научным метрологическим центром "Стандартные справочные данные о физических константах и свойствах веществ и материалов" (ГНМЦ "ССД")

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 4 декабря 2018 г. N 1058-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

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

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.

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

где f, f₀ и f_r - безразмерные полная свободная энергия, идеально-газовая и неидеальная составляющие свободной энергии, соответственно;

- относительная плотность, ;

- относительная температура, .

Значения плотности и температуры (T_кр) н-бутана в критической точке приведены в таблице А.1 приложения А.

Уравнение для идеально-газовой составляющей свободной энергии имеет следующий вид

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

Уравнение для неидеальной составляющей свободной энергии имеет следующий вид

где

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

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

где ;

.

Значения давления (p_кр) и фактора сжимаемости (z_кр) в критической точке, а также газовой постоянной (R) н-бутана 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:

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

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

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

где h₀, s₀, c_v0 - энтальпия, энтропия и изохорная теплоемкость в идеально-газовом состоянии.

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

где ;

E_i и D_i - функции от , имеющие следующий вид:

Коэффициенты {a_i} в формулах (13) - (15) и параметры в формуле (16), а также значения энтальпии и энтропии приведены в таблице А.3 приложения А.

Комплексы A₀ - A₅ в формулах (5) - (12) определяют по следующим соотношениям, полученным из уравнения (3) для f_r с использованием известных дифференциальных уравнений термодинамики:

где

Стандартные справочные значения коэффициента динамической вязкости н-бутана рассчитаны по следующей формуле [1]

где , и - коэффициент динамической вязкости н-бутана в состоянии разреженного газа, второй вязкостный вириальный коэффициент и избыточная по отношению к составляющая коэффициента динамической вязкости, соответственно;

Составляющие в (27) определяют по формулам:

Параметр C₀ в уравнении (28) и коэффициенты {a_i} уравнения (29) приведены в таблице А.4.

Параметр C1 и коэффициенты {b_i} уравнения (30) приведены в таблице А.5.

Коэффициенты {c_i}, и , а также показатели степеней , {r_i} и {t_i} представлены в таблице А.6.

Стандартные справочные значения коэффициента теплопроводности н-бутана рассчитаны по следующей формуле

где , и - коэффициент теплопроводности н-бутана в состоянии разреженного газа, избыточная по отношению к составляющая коэффициента теплопроводности и аномальная составляющая коэффициента теплопроводности в околокритической области, соответственно

где ;

.

Значения коэффициентов {a_i} и {b_1i}, {b_2i} формул (33), (34) приведены в таблицах А.7 и А.8 приложения А. Универсальные теоретически обоснованные постоянные k_B = 1,380658·10^-2; R₀ = 1,03; v = 0,63; . Значения подгоночных параметров для н-бутана , , q_D, T_ref приведены в таблице А.1 приложения А. В формулах (35), (38) и (40) теплоемкости c_p, c_v и расчетный комплекс A₁ определяют по формулам (10), (11) и (18) соответственно; коэффициент динамической вязкости определяют по формулам (27) - (31).

Контрольные значения стандартных термодинамических и переносных (, ) свойств н-бутана приведены в таблице Б.2 (линия насыщения) приложения Б и В.1 (однофазные области) приложения В.

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

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