1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным бюджетным учреждением "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы" (ФГБУ "ВНИИМС")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 180 "Государственная служба стандартных справочных данных"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 3 февраля 2023 г. N 36-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Настоящий стандарт устанавливает значения стандартных справочных данных плотности , энтальпии h, энтропии s, изобарной теплоемкости c_p, изохорной теплоемкости c_v, скорости звука w, коэффициента динамической вязкости и коэффициента теплопроводности для нормального водорода как в однофазных областях (газ, жидкость и флюид), так и на линии фазового перехода газ-жидкость (линии насыщения), а также значения давления насыщения p_s (см. [1]).

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 34100.3/ISO/IEC Guide 98-3:2008 Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения

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 документ, 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 , h, s, c_p, c_v, w и p_s (ГОСТ Р 8.614, ГОСТ 8.566) рассчитывают 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 = T/T_c; значения плотности (p_c) и температуры (T_c) нормального водорода в критической точке приведены в таблице А.1 приложения А.

Уравнение для неидеальной составляющей свободной энергии имеет следующий вид:

где

где 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 по формуле

где ; z_c = 10³p_c/(p_cRT_c); значения давления p_c и фактора сжимаемости z_c в критической точке, а также газовой постоянной R нормального водорода приведены в таблице А.1 приложения А.

Плотности газовой и жидкой фаз на линии насыщения при заданной температуре T определяют 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 определено по формуле (4) для .

Энтальпия, энтропия, изобарная и изохорная теплоемкости и скорость звука как в однофазных областях (для T и ), так и на линии насыщения (для T, или T, ) определяют 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

В формулах (13) и (14) h₀₀ и s₀₀ - значения энтальпии и энтропии жидкой фазы в точке нормального кипения (T = 20,369 К и p = 0,101325 МПа).

Коэффициенты {a_i} в формулах (12) - (14) и параметры в (15), а также значения h₀₀ и s₀₀ приведены в таблице А.3 приложения А.

Комплексы A₀ - A₅ в формулах (4) - (11) определяют по следующим соотношениям, полученным из f_r с использованием известных дифференциальных уравнений термодинамики:

где

Стандартные справочные значения коэффициента динамической вязкости нормального водорода определяют по формуле

где , и - соответственно, коэффициент динамической вязкости нормального водорода в состоянии разреженного газа, безразмерный второй вязкостный вириальный коэффициент и избыточная по отношению к вязкости газа низкой плотности составляющая коэффициента динамической вязкости, которые определяют по формулам:

В формуле (26) A_v = 0,6022137, в формулах (27) - (29) , в формуле (30) ; значения коэффициентов (a_i, b_i и c_i) в формулах (28) - (30) приведены в таблицах А.4 - А.6 приложения А; параметры потенциала Леннарда-Джонса и и удельный объем v_sc приведены в таблице А.1 приложения А.

Стандартные справочные значения коэффициента теплопроводности нормального водорода вычисляют по формуле

где , и - соответственно, коэффициент теплопроводности нормального водорода в состоянии разреженного газа, избыточная по отношению к составляющая коэффициента теплопроводности и аномальная составляющая коэффициента теплопроводности в околокритической области, которые определяют по уравнениям:

Значения коэффициентов a_1i, a_2i и b_1i, b_2i в формулах (32) и (33) приведены в таблицах А.7 и А.8 приложения А. Универсальные теоретически обоснованные постоянные k_B = 1,380658·10^-2; R₀ = 1,01; v = 0,63; . Значения подгоночных параметров для нормального водорода , Г, q_D, T_ref приведены в таблице А.1 приложения А. В уравнениях (34), (37) - (39) теплоемкости c_p, c_v и расчетный комплекс A₁ определяют по формулам (9), (10) и (17), соответственно.

Рассчитанные стандартные справочные значения термодинамических и переносных свойств нормального водорода и расширенные неопределенности этих значений приведены в таблицах Б.2 (линия насыщения) и Б.3 (однофазные области) приложения Б.

Расширенные неопределенности расчетных значений приведены в соответствии с ГОСТ 34100.3.

Расширенные неопределенности расчетных значений давления и плотностей на линии насыщения в околокритической области .

Значения в однофазных областях в зависимости от диапазонов температур и давлений приведены в таблице 1.

Для околокритической области значения определяют в соответствии с теорией переноса ошибок по формуле

Расширенные неопределенности расчетных значений других термодинамических свойств определяют в соответствии с теорией переноса ошибок через :

для остальных свойств (энтропии, изохорной и изобарной теплоемкостей, скорости звука):

В формуле (42) - идеально-газовая составляющая, зависящая только от температуры, y_r = y - y₀; - неопределенность значения y₀: , .

Расширенные неопределенности расчетных значений коэффициента динамической вязкости оценивают следующими величинами:

- в температурном диапазоне 200 <= T <= 400 К ;

;

- вне этого диапазона принимают .

Расширенные неопределенности расчетных значений коэффициента теплопроводности оценивают следующими величинами:

- в температурном диапазоне 100 <= T <= 1000 К ;

- вне этого диапазона принимают .