ГОСТ Р 8.998-2021 ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ. СТАНДАРТНЫЕ СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ. ТОЛУОЛ ЖИДКИЙ И ГАЗООБРАЗНЫЙ. ПЛОТНОСТЬ, ЭНТАЛЬПИЯ, ЭНТРОПИЯ, ИЗОХОРНАЯ И ИЗОБАРНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ И СКОРОСТЬ ЗВУКА ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ от 180 K до 700 K

Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 8.998-2021

"ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ. СТАНДАРТНЫЕ СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ. ТОЛУОЛ ЖИДКИЙ И ГАЗООБРАЗНЫЙ. ПЛОТНОСТЬ, ЭНТАЛЬПИЯ, ЭНТРОПИЯ, ИЗОХОРНАЯ И ИЗОБАРНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ И СКОРОСТЬ ЗВУКА ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ от 180 K до 700 K и ДАВЛЕНИЯХ до 100 МПа"

State system for ensuring the uniformity of measurements. Standard reference data. Toluene, liquid and gaseous. Density, enthalpy, entropy, isochoric and isobaric heat capacities and speed of sound at temperatures from 180 K up to 700 K and pressures up to 100 MPa

ОКС 07.030

Дата введения - 1 декабря 2021 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 "Государственная служба стандартных справочных данных"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 мая 2021 г. N 432-ст

4 Введен впервые

Настоящий стандарт распространяется на жидкий и газообразный толуол и устанавливает методы расчетного определения значений стандартных справочных данных по плотности ρ, энтальпии h, энтропии s, изохорной теплоемкости c _v, изобарной теплоемкости с _р, скорости звука w как в однофазных областях (газ, жидкость и флюид), так и на линии фазового перехода газ - жидкость (линии насыщения), а также значений давления на линии 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, w 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 = Т/Т _кр.

Значения плотности (ρ_кр) и температуры (Т _кр) толуола 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, 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 толуола приведены в таблице А.1 приложения А.

Плотности газовой ω'' и жидкой ω' фаз на линии насыщения при заданной температуре Т определяют 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 переменной ω''.

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

h = h₀ + A₃RT;

(8)

s = s₀ + RA₄;

(9)

c_p = c_ν + R(1 + A₂)²/(1 + A₁);

(10)

c_ν = c_ν0 + A₅R;

(11)

w = [10³RTc_p(1 + A₁)/c_ν]^0,5,

(12)

где h₀, s₀, c_ν0 - энтальпия, энтропия и изохорная теплоемкость в идеально-газовом состоянии.

Термодинамические свойства в идеально-газовом состоянии определяют по формулам, полученным из f ₀(τ,ω) с привлечением табличных данных (см. [1]):

;

(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 (16), а также значения энтальпии Δh ₀ и энтропии Δs ₀ приведены в таблице А.3 приложения А. Значения Δh ₀ и Δs ₀ введены для удобства сравнения с разработанными ранее таблицами стандартных справочных данных по толуолу (см. [1]).

Энтальпия и энтропия идеального газа при Т = 0 K равны нулю. Для энтальпии учитывают также дополнительное значение h₀⁰ = 401,49 кДж/кг, полученное в результате выполнения условия для внутренней энергии жидкой фазы в тройной точке U(T _t) = 0.

Комплексы A ₀-А ₅ в формулах (5)-(12) определяют по следующим соотношениям, полученным из уравнения (3) для f _r c использованием известных дифференциальных уравнений термодинамики:

;

(17)

;

(18)

;

(19)

;

(20)

;

(21)

,

(22)

где

;

(23)

.

(24)

Рассчитанные стандартные справочные данные контрольных значений термодинамических свойств толуола на линии насыщения и в однофазной области приведены в таблицах Б.2 и В.1 (приложений Б и В).

Расширенные неопределенности с доверительной вероятностью 95 % расчетных значений термодинамических свойств: плотности δρ = Δρ/ρ, изохорной δc_ν = Δc_ν /c _v и изобарной δc_p = Δc_p/с _р теплоемкостей, а также давления на линии насыщения δp_s определяют в соответствии с оценками, приведенными в [1].

Расширенные неопределенности расчетных значений энтальпии Δh и энтропии δs = Δs/s определяют в соответствии с теорией переноса ошибок через δρ по следующим выражениям:

, кДж/кг;

(25)

, %.

(26)

В формулах (25)-(26) А ₃ и А ₄ - расчетные комплексы (20)-(21); s₀(τ) рассчитывают по формуле (15), но без учета ln(ω).

Расширенные неопределенности контрольных значений стандартных справочных данных толуола представлены в таблицах Б.2 и В.1 (приложений Б и В), где для всех термодинамических свойств, кроме энтальпии, приведены относительные величины неопределенностей δА = 100·ΔA/А, %; для энтальпии приведена абсолютная величина Δh, кДж/кг.

Приложение А
(обязательное)

Физический параметр, размерность	Значение
Молярная масса М, кг/кмоль	92,13842
Газовая постоянная R, кДж/(кг·К)	0,09023893
Параметры в тройной точке:
давление p t, МПа	0,39393·10-7
температура Т t, К	178,00
Параметры в критической точке:
давление р кр, МПа	4,126
температура Т кр, К	591,75
плотность ρкр, кг/м 3	291,9867
фактор сжимаемости z кр	0,2646269

J	b j	r j	t j	g j	l j
1	0,96464	1	0,25	0	0
2	- 2,7855	1	1,125	0	0
3	0,86712	1	1,50	0	0
4	- 0,18860	2	1,375	0	0
5	0,11804	3	0,25	0	0
6	0,25181·10-3	7	0,875	0	0
7	0,57196	2	0,625	- 1	1
8	- 0,29287·10-1	5	1,75	- 1	1
9	- 0,43351	1	3,625	- 1	2
10	- 0,12540	4	3,625	- 1	2
11	- 0,28207·10-1	3	14,5	- 1	3
12	0,14076·10-1	4	12,0	- 1	3

i	αi	δi
1	3,5241174832	0
2	1,1360823464	0
3	3,0	0
4	1,6994	0,321082
5	8,0577	1,34685
6	17,059	2,73595
7	8,4567	5,19138
8	8,6423	13,3756
Δh0 = 344,90 кДж/кг; Δs0 = 3,8627 кДж/(кг·К)

Приложение Б
(обязательное)

Наименование показателя	Обозначение	Размерность
Температура	Т	К
Давление	Р	МПа
Давление насыщения	p s	МПа
Плотность	ρ	кг/м 3
Энтальпия	h	кДж/кг
Энтропия	s	кДж/(кг·К)
Изохорная теплоемкость	c v	кДж/(кг·К)
Изобарная теплоемкость	c p	кДж/(кг·К)
Скорость звука	w	м/с
Относительная неопределенность термодинамических свойств, исключая энтальпию	δА	%
Абсолютное значение неопределенности энтальпии	Δh	кДж/кг
Примечание - В таблице Б.2, где представлены контрольные стандартные значения термодинамических свойств (А) толуола на линии насыщения, обозначения A' и A'' - свойства насыщенной жидкости и насыщенного пара соответственно.

Т	p s	ρ'	ρ''	h'	h''	s'	s''
	δp s	δρ'	δρ''	Δh'	Δh''	δs'	δs''
180,00	0,55336Е-07	972,87	0,34067Е-05	2,9	493,4	1,6183	4,3431
	0,30	0,05	0,20	1,1	0,1	0,09	0,01
250,00	0,17649Е-03	906,74	0,78259Е-02	108,2	550,2	2,1114	3,8793
	0,30	0,05	0,20	0,7	0,1	0,05	0,01
300,00	0,41774Е-02	860,44	0,15493Е+00	189,8	601,6	2,4086	3,7811
	0,30	0,05	0,20	0,5	0,1	0,04	0,01
350,00	0,34821Е-01	812,87	0,11238Е+01	279,4	661,4	2,6843	3,7757
	0,05	0,05	0,20	0,4	0,1	0,03	0,01
400,00	0,15731Е+00	762,19	0,46125Е+01	378,0	727,8	2,9470	3,8214
	0,05	0,05	0,20	0,2	0,1	0,03	0,01
500,00	0,11766Е+01	638,14	0,33644Е+02	606,1	868,6	3,4509	3,9760
	0,10	0,05	0,20	0,1	0,2	0,02	0,02
588,00	0,39402Е+01	392,75	0,20131Е+03	870,8	939,9	3,9257	4,0433
	0,15	0,50	0,20	0,6	0,3	0,03	0,02

Т	cν'	cν''	cp'	cp''	w'	w''
	δcν'	δcν''	δcp'	δcp''	δw'	δw''
180,00	1,024	0,600	1,472	0,691	1876,5	136,7
	0,5	0,5	0,5	0,5	1,00	1,00
250,00	1,131	0,849	1,565	0,939	1518,2	157,9
	0,5	0,5	0,5	0,5	1,00	1,00
300,00	1,268	1,046	1,707	1,138	1294,5	171,0
	0,5	0,5	0,5	0,5	1,00	1,00
350,00	1,423	1,248	1,878	1,348	1090,4	181,1
	0,5	0,5	0,5	0,5	1,00	1,00
400,00	1,581	1,450	2,066	1,570	898,1	186,4
	0,5	0,5	0,5	0,5	1,00	1,00
500,00	1,887	1,846	2,529	2,132	516,5	170,9
	0,5	0,5	0,5	0,5	1,00	1,00
588,00	2,238	2,291	10,599	15,358	109,2	96,9
	0,5	0,5	0,5	0,5	2,00	2,00
Примечание - Запись уЕ ± n в таблице Б.2 нужно интерпретировать как у 10±n.

Приложение В
(обязательное)

р	ρ	h	s	c v	c p	w
	δρ	Δh	δs	δc v	δc p	δw
Т = 180,0 K
0,1	972,91	3,0	1,6182	1,024	1,472	1876,9
	0,05	1,1	0,09	0,5	0,5	1,00
0,5	973,07	3,4	1,6178	1,025	1,472	1878,2
	0,05	1,1	0,09	0,5	0,5	1,00
3,0	974,08	5,5	1,6152	1,026	1,472	1886,3
	0,05	1,1	0,09	0,5	0,5	1,00
Т = 300,0 K
0,1	860,51	189,9	2,4085	1,268	1,707	1295,0
	0,05	0,5	0,04	0,5	0,5	1,00
5,0	864,36	193,8	2,4024	1,270	1,702	1320,3
	0,05	0,5	0,04	0,5	0,5	1,00
50,0	893,86	230,4	2,3541	1,288	1,677	1515,4
	0,05	0,8	0,05	0,5	0,5	1,00
100,0	919,01	272,4	2,3104	1,306	1,668	1685,5
	0,05	1,0	0,05	0,5	0,5	1,00
T = 400,0 K
0,1	2,8688	730,4	3,8671	1,441	1,548	190,1
	0,20	0,1	0,01	0,5	0,5	1,00
5,0	769,65	380,9	2,9384	1,583	2,049	938,4
	0,05	0,3	0,03	0,5	0,5	1,00
50,0	818,78	413,3	2,8780	1,598	1,983	1209,1
	0,05	0,5	0,03	0,5	0,5	1,00
100,0	854,39	453,7	2,8299	1,614	1,961	1414,7
	0,05	0,7	0,03	0,5	0,5	1,00
Т = 500,0 K
0,1	2,2517	901,3	4,2470	1,767	1,864	214,7
	0,20	0,1	0,01	0,5	0,5	1,00
5,0	654,81	605,2	3,4374	1,884	2,454	583,2
	0,05	0,1	0,02	0,5	0,5	1,00
50,0	745,28	626,4	3,3523	1,891	2,273	977,0
	0,05	0,3	0,02	0,5	0,5	1,00
100,0	794,52	664,1	3,2982	1,906	2,239	1217,6
	0,05	0,5	0,03	0,5	0,5	1,00
Т = 600,0 K
0,1	1,8629	1101,7	4,6117	2,043	2,136	235,9
	1,00	0,1	0,03	0,5	0,5	2,00
5,0	409,02	895,4	3,9627	2,226	4,607	149,9
	1,00	1,2	0,06	0,5	0,5	2,00
50,0	672,98	866,1	3,7888	2,143	2,513	803,7
	1,00	2,1	0,16	0,5	0,5	2,00
100,0	738,75	900,1	3,7279	2,156	2,473	1072,9
	1,00	5,8	0,21	0,5	0,5	2,00
Т = 700,0 K
0,1	1,5912	1327,0	4,9585	2,270	2,362	255,1
	1,00	0,1	0,03	0,5	0,5	2,00
5,0	107,78	1262,3	4,5362	2,339	2,694	197,9
	1,00	0,7	0,04	0,5	0,5	2,00
50,0	603,73	1127,2	4,1910	2,353	2,701	682,6
	1,00	1,0	0,12	0,5	0,5	2,00
100,0	687,33	1157,2	4,1238	2,364	2,662	967,8
	1,00	4,3	0,16	0,5	0,5	2,00

Библиография

[1]	ГСССД 393-2021. Толуол жидкий и газообразный. Плотность, энтальпия, энтропия, изохорная и изобарная теплоемкости и скорость звука при температурах от 180 K до 700 K и давлениях до 100 МПа. - М: ФГУП "ВНИИМС", 2021. - 43 с.