Теплофизические свойства технически важных газов при высоких температурах и давлениях - Зубарев В.Н.
ISBN 5-283-00108-3
Скачать (прямая ссылка):
4.2. Совместная обработка экспериментальных данных
о сжимаемости, вязкости и теплопроводности. Расчет таблиц теплофизических свойств водяного пара
Наряду с указанными выше получены единые константы Е0/к, Ь0 и ц, для уравнений сжимаемости, вязкости и теплопроводности водяного пара низкой и умеренной плотности. Использование в качестве модельного предварительно осредненного потенциала водяного пара, приведенного к виду потенциала Леннарда-Джонса (12-6) с переменными параметрами, позволяет применять в расчетах наряду с равновесными также неравновесные вириальные коэффициенты и интегралы столкновений, полученные для потенциала Леннарда-Джонса (12-6). Энергия диполь-квадрупольного взаимодействия в потенциале не учитывается. Это может привести к некоторой погрешности, в основном при низких температурах, причем влияние такого взаимодействия на равновесные и неравновесные свойства различно. В связи с этим в процессе составления уравнения для каждого исследуемого теплофизического свойства определена нижняя граница температурной области, начиная с которой потенциал (4.1) достаточно точно отображает поведение этого свойства. Так, равновесные свойства отображаются достаточно точно уравнением состояния водяного пара, начиная с температуры 573 К.
Уравнение вязкости водяного пара при атмосферном давлении получено в виде уравнения Энскога (1.24). Табличные значения интегралов столкновений для потенциала Леннарда-Джонса (12-6) [1 ] аппроксимированы при 7* = 0,7-4- Юполи-
номом вида /Ч/А<2 2)*= ? &(е/(ЛТ))'. Константы полинома приводятся ниже.
і — О
Предварительные расчеты по определению констант усредненного потенциала из опытных данных о вязкости водяного пара, полученных Латто [137] и Шифриным [138] при атмосферном давлении, показали, что при T11 = 773,15 К константы становятся близкими к соответствующим значениям, полученным из данных о сжимаемости.
Уравнение вязкости умеренной плотности найдено в виде вязкостного вириального уравнения (1.43). Аппроксимация интегралов столкновения приводится ниже. Температурная функция второго вязкостного вириального коэффициента В* (Т*), полученная по модели, предложенной в [19], наилучшим образом соответствует экспериментальным данным для водяного пара. Поэтому при составлении уравнения вязкости водяного пара умеренной плотности используются значения В*^(Т*), полученные в [19]. Значения третьего вязкостного вириального коэффициента взяты из [21]. Полученные предварительно значения параметров потенциала позволяют рассчитать, что Th = 773 К соответствует 7-*» 1,1. т.е. в расчетах можно использовать функции, аппроксимирующие ?* (7'*| и С*(Г*), полученные для азота (§ 3.1).
В процессе обработки использованы 65 опытных точек о вязкости при повышенных давлениях [139 142], начиная с ТИ = 11Ъ К. Области параметров экспериментальных данных, используемых в обработке, изображены на рис. 4.2.
190Решение задачи составления уравнения теплопроводности водяного пар имеет свои особенности, которые ее значительно осложняют. Во-первых, опытные данные теплопроводности водяного пара низкой и особенно умеренной плотности получены с большой погрешностью, существенно превышающей погрешности при определении сжимаемости и вязкости. Поэтому только при совместной обработке с более точными данными о сжимаемости и вязкости можно рассчитать неизвестные параметры.
Во-вторых, при составлении уравнения теплопроводности возникает необходимость определять не три неизвестные константы, а четыре. Дополнительный неизвестный параметр b появляется при расчете функции P0 (7") (§ 1.5).
Подробно метод нахождения четырех параметров е0/к, />0, р, и h при совместной обработке данных о сжимаемости, вязкости и теплопроводности водяного пара изложен в [19].
Уравнение для теплопроводности водяного пара низкой плотности найдено в виде уравнения по теории Мейсона и Мончика (1.27). Значения функции Р0(7") для водяного пара определены из условия наилучшего описания экспериментальных данных, например [19], и аппроксимированы полиномом ро(7") =
= J Wi(TVlOOO)'. В процессе обработки использовано 30 опытных точек
I = O
теплопроводности водяного пара при атмосферном давлении, полученных Варгафтиком с соавторами [143—145], Брайном [146] и Бури [147] в диапазоне температур 773—1170 К. Относительная погрешность опытных данных о теплопроводности принята равной 3%.
Уравнение теплопроводности водяного пара при повышенном давлении представлено в виде вириального уравнения (1.44). Значения второго тепло-проводностного вириального коэффициента^ водяного пара получены в [19] и
аппроксимированы полиномом вида B^ = ? Pj(l/T*f. При расчете использо-
J=о
вался третий теплопроводностный вириальный коэффициент Кертисса [22], но из-за неопределенности вклада за счет многоатомное™ в Cx(T) область давлений опытных данных теплопроводности водяного пара уменьшена в 2 раза по сравнению с областью давлений данных вязкости (рис. 4.2).
К обработке приняты 35 опытных точек о теплопроводности водяного пара при повышенных давлениях: Цедерберга с соавторами [148], Варгафтика и Тарзиманова [149] и Бури [147].