ГОСТ Р 8.1033-2024

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГЕЛИЙ-4 ЖИДКИЙ И ГАЗООБРАЗНЫЙ

Плотность, энтальпия, энтропия, изохорная и изобарная теплоемкости при температурах от 2,5 К до 500 К и давлениях до 100 МПа

Helium-4 liquid and gaseous. Density, enthalpy, entropy, isochoric and isobaric heat capacities at temperatures from 2.5 K to 500 K and pressures up to 100 MPa

ОКС 17.060

Дата введения 2024-12-01

Предисловие

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

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 14 февраля 2024 г. № 211-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

     1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на гелий-4, параметры состояния которого соответствуют газообразной, жидкой и сверхкритической областям. Стандарт устанавливает методы расчетного определения значений стандартных справочных данных о плотности , энтальпии h, энтропии s, изобарной теплоемкости и изохорной теплоемкости 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 .

     2 Общие положения

В настоящем стандарте приведена теоретическая основа метода определения термодинамических свойств гелия-4, параметры фундаментального уравнения состояния, а также рассчитанные по данному уравнению значения ниже перечисленных свойств.

Стандартные справочные данные значений плотности , энтальпии h, энтропии s, изобарной и изохорной теплоемкости гелия-4 рассчитаны по единому для жидкой и газовой фаз фундаментальному уравнению состояния (ФУС) - зависимости свободной энергии (функции Гельмгольца) F от плотности и температуры Т (см. [1])

,                                   (1)

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

- относительная плотность, ;

- относительная температура, .

Значения плотности и температуры гелия-4 в критической точке приведены в таблице А.1.

Уравнение для идеально-газовой составляющей свободной энергии имеет вид

.                           (2)

Здесь коэффициенты равны =2,5; =0,173348642; =0,467452364.

Уравнение для неидеальной составляющей свободной энергии имеет следующий вид

.                                        (3)

В формуле (3) - коэффициенты уравнения состояния, значения которых вместе с показателями степеней , , и параметрами , , , приведены в таблице А.2.

Плотность в однофазных областях при заданных значениях давления р и температуры T определяют из решения следующего уравнения в итерационном процессе

,                                                    (4)

где .

Значения давления и фактора сжимаемости в критической точке, а также индивидуальной газовой постоянной R гелия-4 приведены в таблице А.1. Вид комплекса и подробный алгоритм расчета плотности в однофазных областях приведены в приложении Б.

Алгоритм расчета энтальпии, энтропии, изорной* и изобарной теплоемкостей в однофазных областях и на линии насыщения одинаков и приведен в приложении В.

_______________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.    

Рассчитанные стандартные справочные данные о плотности, энтальпии, энтропии, изохорной и изобарной теплоемкостей гелия-4 в однофазных областях приведены в приложении Г.

     3 Расчет плотности на линии насыщения и давления насыщенного пара

Относительные плотности жидкости и пара и на линии насыщения определяют в результате итерационного решения системы уравнений, описывающих условие фазового равновесия:

     ,

(5)

     .

Алгоритм нахождения плотностей на основе уравнений (5) описан в приложении Д.

Давление насыщенного пара рассчитывают по уравнению (4) для относительной плотности насыщенного пара .

Рассчитанные стандартные справочные данные о плотности на линии насыщения, а также о давлении насыщенного пара гелия-4 приведены в приложении Е.

     4 Неопределенности рассчитанных значений термодинамических свойств

Расширенная неопределенность значений плотности составляет: при температурах ниже 50 К и давлениях до 10 МПа с - 0,25%; при температурах от 50 до 200 К и давлениях не более 50 МПа - 0,2%; при температурах выше 200 К и давлениях до 50 МПа - 0,05%; при температурах от 200 К до 500 К и давлениях до 40 МПа - 0,03%; при температурах от 200 К до 500 К и давлениях от 40 до 100 МПа - 0,1%. При остальных параметрах неопределенность расчета плотности составляет 0,5%.

Расширенная неопределенность значений давления насыщенных паров составляет 0,05%.

Расширенная неопределенность значений калорических свойств (изохорная и изобарная теплоемкости, энтальпия, энтропия) составляет 2%.

Расширенная неопределенность значений термодинамических свойств гелия-4 получена путем умножения стандартной неопределенности на коэффициент охвата k=2, соответствующий уровню доверия, равному 95%. Оценивание неопределенности проведено в соответствии с [1].

     Приложение А

     (обязательное)

Основные физические параметры и коэффициенты уравнений для определения значений стандартных справочных данных по свойствам гелия-4

Таблица А.1 - Свойства и критические параметры гелия-4 (см. [1])

Таблица А.2 - Коэффициенты для расчета формулы (3) (см. [1])