"ГОСТ Р 8.1019-2023. Национальный стандарт Российской Федерации. Государственная система обеспечения единства измерений. Влажный метан. Термодинамические свойства в диапазоне температур от 200 К 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 37-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 37-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Настоящий стандарт устанавливает значения стандартных справочных данных равновесной мольной концентрации X_р и массовой концентрации C_равн. водяного пара во влажном метане, удельного объема, энтальпии, энтропии, изобарной теплоемкости, а также парциального давления водяного пара во влажном метане, массового влагосодержания и абсолютной влажности влажного метана в диапазоне температур от 200 К до 400 К, давлении от 0,1 МПа до 10 МПа и относительной влажности от 0,2 до 1,0 (см. [1] и [2]).

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 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.

В настоящем стандарте использованы следующие обозначения

T - температура, К;

P - давление влажного метана, МПа;

X_р - равновесная мольная концентрация водяного пара во влажном метане (безразмерная величина);

C_равн. - равновесная массовая концентрация водяного пара во влажном метане (безразмерная величина);

- относительная влажность метана (безразмерная величина);

M - мольная масса влажного метана, кг/кмоль;

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

h - энтальпия влажного метана, кДж/кг;

s - энтропия влажного метана, кДж/(кг·К);

c_p - изобарная теплоемкость влажного метана, кДж/(кг·К);

- парциальное давление водяного пара, кПа;

d - массовое влагосодержание, 10^-3 кг вод. пара/кг метана;

- абсолютная влажность метана, кг/м³.

Стандартные справочные данные значений (ГОСТ Р 8.614, ГОСТ 8.566) термодинамических свойств влажного метана рассчитывают для области параметров, в которой мольная равновесная концентрация водяного пара во влажном метане составляет не менее 0,1%.

В основу расчета положено уравнение состояния влажного метана

где Z - коэффициент сжимаемости;

P - давление влажного метана, МПа;

- удельный объем влажного метана, 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 бинарной системы влажного метана представлены функциями мольной концентрации X водяного пара во влажном метане:

Вириальные коэффициенты B₁₁₁ и C₁₁₁ чистого метана получены на основе стандартных справочных P, V, T данных, которые аппроксимированы вириальным уравнением состояния

со средней квадратичной погрешностью 0,0092% при максимальной 0,057% в диапазоне температур 197 К - 420 К, давлений 0,1 - 10 МПа и объемов не менее двух критических.

Температурные зависимости вириальных коэффициентов метана представлены полиномами:

где .

Коэффициенты и показатели степеней полиномов (5) и (6) приведены в таблице А.1 приложения А.

Для водяного пара использовано уравнение

в котором

Полином (8) описывает зависимость B₂₂ (T) в диапазоне температур от 200 К до 400 К со средней квадратичной погрешностью 0,01% при максимальной 0,03%. Коэффициенты и показатели степеней этого полинома даны в таблице А.2 приложения А.

Смешанные вириальные коэффициенты B₁₂ и C₁₁₂ рассчитаны методом с использованием экспериментальных данных о растворимости водяного пара в сжатом метане и со средней квадратичной погрешностью около 0,01% при максимальной 0,02% представлены полиномами:

коэффициенты и показатели степеней которых приведены в таблице А.3 приложения А.

Равновесная мольная концентрация X_р определена наряду с мольным объемом влажного метана в состоянии фазового равновесия путем совместного решения уравнений состояния и растворимости.

Равновесную массовую концентрацию вычисляют по формуле

где M₁ - мольная масса метана, равная 16,0426 г/моль;

M₂ - мольная масса воды, равная 18,0152 г/моль.

Относительная влажность метана определена как отношение мольных концентраций

Мольную массу влажного метана вычисляют по формуле

Мольный объем влажного метана определен путем решения уравнения состояния влажного метана (1) способом Кардано.

Мольные энтальпия, энтропия и изобарная теплоемкость влажного метана вычисляют по формулам [значения удельных величин получены путем деления соответствующих мольных величин на мольную массу (13) влажного метана]:

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

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

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

где идеально-газовые изобарные теплоемкости компонентов представлены полиномами:

Константы формул (17) и (18), коэффициенты и показатели степеней полиномов (19) и (20) приведены в таблицах А.4 и А.5 приложения А.

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

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

В таблице В.1 приложения В представлены стандартные справочные данные о равновесной мольной концентрации, в таблице В.2 приложения В - о равновесной массовой концентрации водяного пара во влажном метане. В таблице В.3 приложения В приведены стандартные справочные данные о термодинамических свойствах влажного метана.

В таблицах В.4 - В.11 приложения В приведены относительные погрешности стандартных справочных данных о равновесной концентрации водяного пара и термодинамических свойствах влажного метана.

В приложении Б приведены отклонения расчетных значений равновесной мольной концентрации водяного пара во влажном метане от экспериментальных, а также погрешности экспериментальных данных и доверительные интервалы расчетных значений.

А.1 Коэффициенты и показатели степеней полиномов (5) и (6) для вириальных коэффициентов метана приведены в таблице А.1.

А.2 Коэффициенты и показатели степеней полинома (8) для B₂₂ водяного пара приведены в таблице А.2.

А.3 Коэффициенты и показатели степеней полиномов (9) и (10) для смешанных вириальных коэффициентов приведены в таблице А.3.

А.4 Константы формул (17) и (18) для идеально-газовых функций метана и водяного пара (при температуре T₀ = 100 °C) приведены в таблице А.4.

А.5 Коэффициенты и показатели степеней полиномов (19) и (20) для идеально-газовой изобарной теплоемкости метана и водяного пара приведены в таблице А.5.

Отклонения , %, расчетных значений равновесной мольной концентрации водяного пара во влажном метане от экспериментальных, относительные погрешности экспериментальных данных и доверительные интервалы расчетных значений приведены в таблице Б.1.