"ГОСТ Р 8.1021-2023. Национальный стандарт Российской Федерации. Государственная система обеспечения единства измерений. Влажный водород. Термодинамические свойства в диапазоне температур от 200 до 400 К, давлений от 0,1 до 10 МПа и относительной влажности от 0,2 до 1,0"
(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 03.02.2023 N 39-ст)

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 39-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Настоящий стандарт устанавливает значения стандартных справочных данных равновесной мольной концентрации X_р, массовой концентрации C_равн. водяного пара в нормальном влажном водороде, удельного объема v, энтальпии h, энтропии s, изобарной теплоемкости c_р, а также парциального давления водяного пара во влажном водороде, массового влагосодержания d и абсолютной влажности в диапазонах температур от 200 до 400 К, давления от 0,1 до 10 МПа и относительной влажности от 0,2 до 1,0.

Настоящий стандарт распространяется на влажный водород с мольной концентрацией водяного пара не менее 0,1%.

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 Р 8.614 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная служба стандартных справочных данных. Основные положения

ГОСТ Р 8.736 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. 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 данные (ГОСТ Р 8.614, ГОСТ 8.566) рассчитывают по уравнению растворимости [1] и уравнению состояния влажного водорода

где Z - коэффициент сжимаемости;

P - давление влажного водорода, МПа;

- удельный объем влажного водорода, 10^-3 м³/кг;

R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К);

T - температура, К;

B - второй вириальный коэффициент, м³/кг;

C - третий вириальный коэффициент, (м³/кг)².

Вириальные коэффициенты представлены функциями мольной концентрации водяного пара во влажном водороде:

Вириальные коэффициенты B₁₁₁ и C₁₁₁ чистого водорода получены на основе стандартных справочных p, , T [2], которые аппроксимированы вириальным уравнением состояния [3]

Область действия уравнения состояния (1) не выходит за границы действия уравнения состояния чистого водорода (4).

Температурная зависимость второго вириального коэффициента водорода представлена полиномом

где .

Третий вириальный коэффициент принят постоянным и не зависящим от температуры. Коэффициенты и показатели степеней полинома (5), а также значение коэффициента C₁₁₁ приведены в таблице 1.

Для водяного пара использовано уравнение

в котором

Коэффициенты и показатели степеней полинома (7) приведены в таблице 2.

Смешанные вириальные коэффициенты B₁₂ и C₁₁₂ рассчитаны описанным в [1] модельным методом без учета квантовых поправок и представлены полиномами (8) и (9):

Коэффициенты и показатели степеней в формулах (8) и (9) приведены в таблице 3.

Равновесную мольную концентрацию X_р определяют наряду с мольным объемом влажного водорода в состоянии фазового равновесия путем совместного решения уравнений состояния и растворимости.

Равновесную массовую концентрацию вычисляют по формуле

где M₁ = 2,0158 г/моль, M₂ = 18,0152 г/моль - мольные массы водорода и воды.

Относительную влажность водорода вычисляют по формуле

Мольную массу влажного водорода вычисляют по формуле

Мольный объем влажного водорода определяют решением уравнения состояния (1) способом Кардано.

Мольные энтальпию, энтропию и изобарную теплоемкость влажного водорода вычисляют по формулам:

где , , , - идеально-газовые энтальпии и изобарные теплоемкости;

, - стандартные энтропии (при давлении P_ст = 101,325 кПа) водорода и водяного пара.

Значения идеально-газовых функций компонентов (i = 1 - водород, i = 2 - водяной пар) вычисляют по формулам:

в которых идеально-газовые изобарные теплоемкости компонентов представлены полиномами [3]:

где коэффициенты и показатели степеней полиномов (16) - (19) представлены в таблицах 4 и 5 соответственно.

Парциальное давление водяного пара, массовое влагосодержание и абсолютную влажность водорода вычисляют по формулам:

В таблице А.1 (приложение А) представлены стандартные справочные данные о равновесной мольной концентрации, рассчитанные по формуле (10). В таблице А.2 (приложение А) приведены стандартные справочные данные о равновесной массовой концентрации водяного пара во влажном водороде. В таблице А.3 (приложение А) представлены стандартные справочные данные о термодинамических свойствах влажного водорода.

Оценка погрешностей расчетных значений приведена в соответствии с ГОСТ Р 8.736.

Оценку погрешностей расчетных значений вычисляют по формулам, приведенным в [1] для мольных величин. Относительные погрешности удельных и мольных термодинамических свойств практически одинаковы, поскольку относительные погрешности мольной массы влажного водорода меньше 0,01%.

В таблицах Б.1 - Б.8 (приложение Б) представлены относительные погрешности стандартных справочных данных о равновесной концентрации водяного пара и термодинамических свойствах влажного водорода, рассчитанные при доверительной вероятности 95%.

В приложении В приведены отклонения расчетных значений равновесной мольной концентрации водяного пара во влажном водороде от экспериментальных [5], [6], а также доверительные интервалы расчетных значений и погрешности экспериментальных данных [5] (экспериментальная погрешность данных [6], которые получены при положительных температурах, не указана).