Анализ линии фазового равновесия SF 6  на основе масштабной теории и уравнения клапейрона–клаузиуса

Кудрявцева И. В.; Рыков С. В.; Рыков В. А.; Устюжанин Е. Е.

doi:10.31857/S0040364423030158

Анализ линии фазового равновесия SF₆ на основе масштабной теории и уравнения клапейрона–клаузиуса

Authors: Кудрявцева И.¹, Рыков С.², Рыков В.¹, Устюжанин Е.³
Affiliations:
1. Университет ИТМО
2. Военный институт (инженерно-технический) Военной академии материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва
3. Национальный исследовательский университет “МЭИ”
Issue: Vol 61, No 4 (2023)
Pages: 514-524
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0040-3644/article/view/232741
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364423030158
ID: 232741

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Предложена система взаимосогласованных уравнений, описывающая давление \({{p}_{s}}\), плотность пара \({{\rho }^{ - }}\) и плотность жидкости \({{\rho }^{ + }}\) на линии фазового равновесия технически важных веществ в диапазоне от тройной точки и до критической точки. На этапе разработки этой системы учитываются: а) особенности поведения ряда свойств (\({{\rho }^{ - }}\), \({{\rho }^{ + }}\), \({{p}_{s}}\), \({{d}_{f}}\) – средний диаметр линии насыщения, \({{d}_{s}}\) – параметр порядка) в критической области; б) некоторые положения масштабной теории критических явлений и теории ренормгруппы, которая адаптирована L. Wang и др. (2013) для веществ с заданной молекулярной структурой, включая SF₆; в) уравнение Клапейрона–Клаузиуса, в котором вместо теплоты парообразования \(r\) использована “кажущаяся” теплота парообразования, \(r{\kern 1pt} * = r{{\left( {1 - {{\rho }^{ - }}{\text{/}}{{\rho }^{ + }}} \right)}^{{ - 1}}}\). На этапе апробации данной системы уравнений предложена методика вычисления регулируемых коэффициентов, входящих в указанную систему на примере SF₆, для которой имеются прецизионные данные о термических свойствах, в том числе экспериментальные (\({{p}_{s}}\), \({{\rho }^{ - }}\), \({{\rho }^{ + }}\), \(T\))-данные. С помощью предлагаемой методики определены коэффициенты системы уравнений с использованием прецизионных данных для SF₆ и получены расчетные значения свойств SF₆ в заданном интервале температур. Выполнен статистический анализ неопределенности расчетных данных, в том числе найдены средние квадратические отклонения экспериментальных (\({{p}_{s}}\), \({{\rho }^{ - }}\), \({{\rho }^{ + }}\), \(T\))-данных от соответствующих уравнений. Показано, что предложенная система описывает перечисленные свойства с меньшей неопределенностью, чем неопределенность соответствующих свойств, отвечающих оригинальным уравнениям M. Funke и др. (2001). Температурная зависимость \({{d}_{f}}(T)\) предложенной модели удовлетворительно согласуется с моделью \({{d}_{f}}(T)\), которая разработана L. Wang и др. (2013) для критической области SF₆.

References

Weiner J., Langley K.H., Ford Jr. N.C. Experimental Evidence for a Departure from the Law of the Rectilinear Diameter // Phys. Rev. Lett. 1974. V. 32. P. 879.
Pestak M.W., Goldstein R.E., Chan M.H.W., de Bruyn J.R., Balzarini D.A., Ashcroft N.W. Three-body Interactions, Scaling Variables, and Singular Diameters in the Coexistence Curves of Fluids // Phys. Rev. B. 1987. V. 36. P. 599.
Wang L., Zhao W., Wu L., Li L., Cai J. Improved Renormalization Group Theory for Critical Asymmetry of Fluids // J. Chem. Phys. 2013. V. 139. 124103.
Воробьев В.С., Устюжанин Е.Е., Очков В.Ф., Шишаков В.В., Тун Аунг Ту Ра, Рыков В.А., Рыков С.В. Исследование границы фазового перехода для C6F6 и SF6 в условиях микрогравитации // ТВТ. 2020. Т. 58. № 3. С. 355.
Funke M., Kleinrahm R., Wagner W. Measurement and Correlation of the (p, ρ, T) Relation of Sulphur Hexafluoride (SF6). II. Saturated-liquid and Saturated-vapour Densities and Vapour Pressures Along the Entire Coexistence Curve // J. Chem. Thermodyn. 2001. V. 34. P. 735.
Kudryavtseva I.V., Rykov V.A., Rykov S.V., Ustyuzhanin E.E. A Model System of the Liquid Density, the Gas Density and the Pressure on the Saturation Line of SF6 // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1385. 012010.
Wagner W. New Vapour Pressure Measurements for Argon and Nitrogen and a New Method for Establishing Rational Vapour Pressure Equations // Cryogenics. 1973. V. 13. P. 470.
Rykov S.V., Kudryavtseva I.V., Rykov V.A., Ustyuzhanin E.E., Ochkov V.F. Analysis of the Saturation Line on the Basis of Clapeyron–Clausius and Gibbs–Duhem Equations // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1147. 012017.
Gilgen R., Kleinrahm R., Wagner W. Measurements of the (Pressure, Density, Temperature) Relation of Sulphur Hexafluoride (SF6) in the Homogeneous Region at Temperatures from 321.15 K to 333.15 K and at Pressures up to 8 MPa and on the Coexistence Curve at Temperatures from 288.15 K to 315.15 K // J. Chem. Thermodyn. 1992. V. 24. P. 953.
Vorob’ev V.S., Rykov V.A., Ustyuzhanin E.E., Shishakov V.V., Popov P.V., Rykov S.V. Comparison of the Scaling Models for Substance Densities Along Saturation Line // J. Phys.: Conf. Ser. 2016. V. 774. 012017.
Kolobaev V.A., Popov P.V., Kozlov A.D., Rykov S.V., Kudryavtseva I.V., Rykov V.A., Sverdlov A.V., Ustyuzhanin E.E. Methodology for Constructing the Equation of State and Thermodynamic Tables for a New Generation Refrigerant // Meas. Tech. 2021. V. 64. P. 109.
Vorobev V.S., Ochkov V.F., Rykov V.A., Rykov S.V., Ustyuzhanin E.E., Pokholchenko V.A. Development of Combined Scaling Models for Liquid and Gas Densities at the Saturation Line: Structures and Numerical Data for SF6 // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1147. 012016.
Форсайт Дж., Малькольм Н., Моулер К. Машинные методы математических вычислений. М.: Мир, 1980. 280 с.
Hurly J.J., Defibaugh D.R., Moldover M.R. Thermodynamic Properties of Sulfur Hexafluoride // Int. J. Thermophys. 2000. V. 21. P. 739.
Berg J., Wagner Z. Vapour–Liquid Equilibrium in the Sulphur Hexafluoride–n-pentane System at High Pressure // Fluid Phase Equilib. 1990. V. 54. P. 35.
Biswas S.N., Ten Seldam C.A. Determination of the Coexistence Curve of Sulfur Hexafluoride from Isochoric Intercepts // Fluid Phase Equilib. 1989. V. 47. P. 67.
Biswas S.N., Trappeniers N.J., Hoogland J.H.B. PVT Properties of Sulfur–Hexafluoride in the Gas–Liquid Critical Region // Physica A. 1984. V. 126. P. 384.
Mears W.H., Rosenthal E., Sinka J.V. Physical Properties and Virial Coefficients of Sulfur Hexafluoride // J. Phys. Chem. 1969. V. 73. P. 2254.
Clegg H.P., Rowlinson J.S., Sutton J.R. The Physical Properties of Some Fluorine Compounds and Their Solutions // Trans. Faraday Soc. 1955. V. 51. P. 1327.
Miller H.C., Verdelli L.S., Gall J.F. Some Physical Properties of Sulfur Hexafluoride // Ind. Eng. Chem. 1951. V. 43. P. 1126.
Schumb W.C., Gamble E.L. The Preparation of Sulfur Hexafluoride and Some of Its Physical Properties // J. Am. Chem. Soc. 1930. V. 52. P. 4302.
Tison J.K., Hunt E.R. Self-diffusion, Spin-lattice Relaxation, and Density of SF6 near the Critical Point // J. Chem. Phys. 1971. V. 54. P. 1526.
Atack D., Schneider W.G. The Coexistence Curve of Sulfur Hexafluoride in the Critical Region // J. Phys. Chem. 1951. V. 55. P. 532.
Otto J., Thomas W. Thermische Zustandsgrößen von Schwefelhexafluorid // Zeitschrift für Physikalische Chemie. 1960. Bd. 23. S. 84.
Zhou Z., Cai J., Hu Y. A Self-consistent Renormalisation Group Theory for Critical Asymmetry of One-component Fluids // Molecular Physics. 2022. V. 120. P. e1987541.
Ustyuzhanin E.E., Shishakov V.V., Abdulagatov I.M., Popov P.V., Rykov V.A., Frenkel M.L. Scaling Models of Thermodynamic Properties on the Coexistence Curve: Problems and Some Solutions // Russ. J. Phys. Chem. B. 2012. V. 6. № 8. P. 912.
Guder C., Wagner W. A Reference Equation of State for the Thermodynamic Properties of Sulfur Hexafluoride (SF6) for Temperatures from the Melting Line to 625 K and Pressures up to 150 MPa // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2009. V. 38. P. 33.