ГОСТ Р 8.952-2018 ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ. СТАНДАРТНЫЕ СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ. НОРМАЛЬНЫЙ БУТАН ЖИДКИЙ И ГАЗООБРАЗНЫЙ. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, КОЭФФИЦИЕНТЫ ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ И ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ от 135 К

State system for ensuring the uniformity of measurements. Standard reference data. Liquid and gaseous n-butane. Thermodynamic properties, dynamic viscosity and thermal conductivity at temperatures from 135 K up to 600 K and pressures up to 70 MPa

ОКС 07.030

Дата введения - 1 марта 2019 г.
Введен впервые

Предисловие

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 ρ, энтальпии h, энтропии s, изобарной теплоемкости с_р, изохорной теплоемкости c_v, скорости звука ω, коэффициента динамической вязкости μ и коэффициента теплопроводности λ 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) ρ, h, s, с_р, c_v, ω и p_s рассчитаны по единому для жидкой и газовой фаз фундаментальному уравнению состояния (ФУС) - зависимости свободной энергии (функции Гельмгольца) F от плотности ρ и температуры Т

,

(1)

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

ω - относительная плотность, ω=ρ/ρ_кр;

τ - относительная температура, τ=T/T_кр.

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

Уравнение для идеально-газовой составляющей свободной энергии имеет следующий вид

.

(2)

Коэффициенты {а_i} и параметры {δ_i} 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) b_j - коэффициенты уравнения состояния, значения которых вместе с показателями степеней r_j, t_j, l_j и параметрами g_j, α_j, β_j, ε_j, γ_j приведены в таблице А.2 приложения А.

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

π=ωτ(1+A₀)/z_кр,

(5)

где π=p/p_кр;

z_кр=10³p_кр/(ρ_крRT_кр).

Значения давления (р_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 ω'' и жидкой ω' фаз на линии насыщения при заданной температуре T определяются из условий фазового равновесия в результате решения следующей системы уравнений:

,

(6)

где ϕ_r (τ,ω) - безразмерная неидеальная составляющая изобарно-изотермического потенциала (потенциала Гиббса):

ϕ_r=f_r+A₀+ln(ω).

(7)

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

Энтальпию, энтропию, изобарную и изохорную теплоемкости и скорость звука как в однофазных областях (для T и ω), так и на линии насыщения (для T, ω' или T, ω'') вычисляют по следующим формулам:

h=h₀+A₃RT;

(8)

s=s₀+RA₄;

(9)

c_p=c_v+R(1+A₂)²/(1+A₁);

(10)

c_v=c_v0+A₅R;

(11)

w=[10³RTc_p(1+A₁)/c_v]^0,5,

(12)

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 f₀(t, ω):

;

(13)

;

(14)

,

(15)

где Θ=τ^-1;

E_i и D_i - функции от Θ, имеющие следующий вид:

E_i=exp(-δ_iΘ), D_i=δ_iΘ/(1-E_i).

(16)

Коэффициенты {а_i} в формулах (13)-(15) и параметры {δ_i} в формуле (16), а также значения энтальпии Δh₀ и энтропии Δs₀ приведены в таблице А.3 приложения А.

Комплексы A₀-А₅ в формулах (5)-(12) определяют по следующим соотношениям, полученным из уравнения (3) для f_r с использованием известных дифференциальных уравнений термодинамики:

;

(17)

;

(18)

;

(19)

;

(20)

;

(21)

,

(22)

где

;

(23)

;

(24)

;

(25)

.

(26)

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

μ=μ₀·(1+B_μ·ω)+Δ_μ(ω, τ),

(27)

где μ₀, B_μ и Δ_μ - коэффициент динамической вязкости н-бутана в состоянии разреженного газа, второй вязкостный вириальный коэффициент и избыточная по отношению к μ₀ составляющая коэффициента динамической вязкости, соответственно;

Составляющие μ в (27) определяют по формулам:

,

(28)

.

(29)

Параметр С₀ в уравнении (28) и коэффициенты {а_i} уравнения (29) приведены в таблице А.4.

.

(30)

Параметр С1 и коэффициенты {b_i} уравнения (30) приведены в таблице А.5.

.

(31)

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

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

λ=λ₀+Δλ+Δλ_кр,

(32)

где λ₀, Δλ и Δλ_кр - коэффициент теплопроводности н-бутана в состоянии разреженного газа, избыточная по отношению к λ₀ составляющая коэффициента теплопроводности и аномальная составляющая коэффициента теплопроводности в околокритической области, соответственно

;

(33)

,

(34)

где τ_l=T/425,12;

ω_l=ρ/227,8.

;

(35)

;

(36)

ξ=ξ₀Δχ^v/γ;

(37)

;

(38)

;

(39)

.

(40)

Значения коэффициентов {а_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; γ = 1,239. Значения подгоночных параметров для н-бутана ξ₀, Г, q_D, T_ref приведены в таблице А.1 приложения А. В формулах (35), (38) и (40) теплоемкости с_р, c_v и расчетный комплекс А₁ определяют по формулам (10), (11) и (18) соответственно; коэффициент динамической вязкости μ (τ, ω) определяют по формулам (27)-(31).

Контрольные значения стандартных термодинамических и переносных (μ, λ) 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 δρ=Δρ/ρ, скорости звука δw=Δw/w, изохорной δc_ν=Δc_ν/c_ν и изобарной δc_p=Δc_p/c_p теплоемкостей, коэффициента динамической вязкости δμ=Δμ/μ и коэффициента теплопроводности δλ=Δλ/λ 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 δA=100·ΔA/A, %; для энтальпии приведена абсолютная величина Δh, кДж/кг.

Приложение А
(обязательное)

Физический параметр, размерность	Значение
Молярная масса М, кг/кмоль	58,1222
Газовая постоянная R, кДж/(кг·К)	0,14305157
Параметры в тройной точке:
давление pt, МПа	0,653·10-6
температура Тt, К	134,895
Параметры в критической точке:
давление ркр, МПа	3,796
температура Tкр, К	425,125
плотность ρкр, кг/м3	228,0
фактор сжимаемости zкр	0,273767622
Параметры для расчета Δλкр:
ξ0, нм	0,194
Г	0,0496
qD, нм	0,87535
Тref, К	637,68

j	bj	rj	tj	gj	lj	αj	βj	εj	γj
1	0,25536998241635·101	1	0,5	0	0
2	-0,44585951806696·101	1	1	0	0
3	0,82425886369063	1	1,5	0	0
4	0,11215007011442	2	0	0	0
5	-0,35910933680333·10-1	3	0,5	0	0
6	0,16790508518103·10-1	4	0,5	0	0
7	0,32734072508724·10-1	4	0,75	0	0
8	0,95571232982005	1	2	-1	1
9	-0,10003385753419·101	1	2,5	-1	1
10	0,85581548803855·10-1	2	2,5	-1	1
11	-0,25147918369616·10-1	7	1,5	-1	1
12	-0,15202958578918·10-2	8	1	-1	1
13	0,47060682326420·10-2	8	1,5	-1	1
14	-0,97845414174006·10-1	1	4	-1	2
15	-048317904158760·10-1	2	7	-1	2
16	0,17841271865468	3	3	-1	2
17	0,18173836739334·10-1	3	7	-1	2
18	-0,11399068074953	4	3	-1	2
19	0,19329896666669·10-1	5	1	-1	2
20	0,11575877401010·10-2	5	6	-1	2
21	0,15253808698116·10-3	10	0	-1	2
22	-0,43688558458471·10-1	2	6	-1	3
23	-0,82403190629989·10-2	6	13	-1	3
24	-0,28390056949441·10-1	1	2	-1	2	10	150	0,85	1,16
25	0,14904666224681·10-2	2	0	-1	2	10	200	1	1,13

i	ai	δi
1	12,54882924	0
2	-5,46976878	0
3	3,24680487	0
4	5,54913289	0,7748404445
5	11,4648996	3,3406025522
6	7,59987584	4,9705130961
7	9,66033239	9,9755537783
Δh0 = 956,35 кДж/кг; Δs0 = 5,3277 кДж/(кг·К)

i	аi
0	4,6147656002208
1	4,5743185910390·10-1
2	3,0851104723224·10-2
C0=1,0546549635209·103

i	bi
0	-1,9572881000·101
1	1,98887362343·102
2	-8,3176420912·102
3	1,83218450345·103
4	-2,26510439059·103
5	1,51348864395·103
6	-4,32819866497·102
7	5,19698852489
8	-3,86579291550·10-2
C1=4,89736312734·10-1

i	сi	βi	εi	ti	ri
1	2,3460864383872			2	2
2	7,8632175809804·10-1			5	2
3	1,5823593499816·101			0	2,5
4	-9,4670516989296			0	3
5	1,051149627634			0	5
6	-1,9355799491084·10-2			4	7,5
7	1,4895031937816·10-4			5	10
8	1,2280342363570·10-3			0	0
9	1,2790911462043	30	220	0	0
10	2,5581822924086·10-1	5	400	0	0
γ = 5,7

i	ai
0	1,62676
1	9,75703·10-1
2	2,89887·10-1

i	bji
	j = 1	j = 2
1	-3,04337·101	4,18357·101
2	1,65820·102	-1,47163·102
3	-1,48144·10-2	1,33542·102
4	5,25500·101	-4,85489·101
5	-6,29367	6,44307

Приложение Б
(обязательное)

Наименование показателя	Обозначение	Размерность
Температура	Т	K
Давление	p	МПа
Давление насыщения	ps	МПа
Плотность	ρ	кг/м3
Энтальпия	h	кДж/кг
Энтропия	s	кДж/(кг·К)
Изохорная теплоемкость	cv	кДж/(кг·К)
Изобарная теплоемкость	cp	кДж/(кг·К)
Скорость звука	w	м/с
Коэффициент динамической вязкости	μ	мкПа·с
Коэффициент теплопроводности	λ	мВт/(м·К)
Относительная неопределенность теплофизических свойств, исключая энтальпию	δA	%
Абсолютная неопределенность энтальпии	Δh	кДж/кг
Примечание - В таблице Б.2, где представлены контрольные стандартные значения теплофизических свойств (А) н-бутана на кривой насыщения, обозначения А' и А'' - свойства насыщенной жидкости и насыщенного пара, соответственно.

T	ps	ρ'	ρ''	h'	h''	s'	s''	c'ν
	δps	δρ'	δρ''	Δh'	Δh''	δs'	δs''	δc'ν
135,00	0,67910·10-6	734,86	0,35165·10-4	234,9	730,8	2,2929	5,9658	1,442	0,964
	0,02	0,02	0,02	0,5	0,1	0,04	0,01	1,0	2,0
150,00	0,85728·10-5	720,88	0,39953·10-3	264,6	747,7	2,5015	5,7224	1,442	1,015
	0,02	0,02	0,02	0,5	0,1	0,04	0,01	1,0	2,0
200,00	0,19390·10-2	673,99	0,67923·10-1	365,5	809,3	3,0818	5,3007	1,473	1,174
	0,02	0,02	0,02	0,3	0,1	0,03	0,01	1,0	2,0
250,00	0,39153·10-1	624,95	0,11182·101	472,1	877,1	3,5565	5,1764	1,573	1,364
	0,02	0,02	0,02	0,2	0,1	0,02	0,01	1,0	2,0
300,00	0,25760	570,68	0,65164·101	588,5	948,1	3,9790	5,1776	1,729	1,602
	0,02	0,02	0,02	0,1	0,1	0,02	0,01	1,0	2,0
350,00	0,94418	505,18	0,23389·102	719,7	1017,4	4,3787	5,2293	1,922	1,877
	0,40	0,40	0,40	0,2	0,2	0,09	0,02	3,0	2,0
400,00	0,24954·101	408,48	0,73077·102	875,8	1069,7	4,7854	5,2704	2,173	2,210
	0,40	0,40	0,40	0,7	0,4	0,05	0,03	3,0	2,0
424,00	0,37262·101	284,03	0,17321·103	989,0	1047,5	5,0509	5,1889	2,454	2,549
	0,50	5,68	14,15	7,1	16,5	0,34	0,76	5,0	5,0