Анализ термодинамических комплексов и данных о плотности на линии насыщения в окрестности критической точки SF6
Аннотация
Рассмотрены комплексы, содержащие свойства гексафторида серы (плотности жидкости и газа) на линии насыщения и представляющие собой параметр порядка, средний диаметр, комплекс ur = fd/fs и др. Изучен ряд уравнений, ориентированных на теплофизические (ТФ) расчеты в широкой окрестности критической точки (КТ) SF6.
Цель исследования заключается в том, чтобы получить, во-первых, оценку погрешности данных для SF6 в диапазоне 2∙10–8 < τ <10-2. При этом планируется использовать надежные опытные величины и рекомендации скейлинговой теории критических явлений (СТ). Во-вторых, уточнить функции (fs(τ), fd(τ), Dρl(τ), ... и численно оценить некоторые термодинамические комплексы в указанной области температур. В соответствии с выбранной целью проанализированы задачи I — III. В методическом плане выполнены несколько этапов:
- формирование исходного массива c надежными опытными данными в интервале 2∙10–8 < τ <0,3;
- разработка эмпирических уравнений Zl eff(х1, х2), Zg eff(х1, х2), имеющих простую структуру и содержащих коэффициенты х1, х2, вычисляемые путем статистической обработки опытных данных;
- создание методики, нацеленной на поиск х1, х2.
В рамках решения задач I, II получена численная информация о форме бинодали при использовании: координат Dρl, |Dρg|, τ и Zl, Zg, urbas. Продемонстрированы некоторые преимущества второго варианта координат перед первым.
В результате решения задачи III построены эмпирические функции Zl eff(х1, х2, τ) и Zg eff(х1, х2, τ). На их основе получены численные данные, подтверждающие, что в окрестности КТ указанные функции отвечают требованиям СТ. Выполнены прикладные расчеты, в которых использованы указанные эмпирические модели.
Предложенные методические разработки и результаты выполненных расчетов представляют интерес для теплофизиков, работающих над проблемами СТ, в том числе выполняюших разнообразные вычисления, ориентированные на термодинамические свойства SF6 в окрестности КТ.
Литература
2. 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. Pp. 735—754.
3. Устюжанин E.E. и др. Некоторые термодинамические свойства SF6 на бинодали в окрестности критической точки // Теплофизика и аэромеханика. 2023. Т. 30. № 3. C. 591—608.
4. Anisimov M.A., Wang J. Nature of Asymmetry in Fluid Criticality // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 97(2). P. 025703.
5. Шишаков В.В. Комбинированные скейлинговые модели для инженерных расчетов термодинамических свойств на линии насыщения: дис. … канд. техн. наук. М.: МЭИ, 2014.
6. Vorobyev V.S. e. a. Comparison of the Scaling Models for Substance Densities along Saturation Line // J. Phys. Conf. Ser. 2016. V. 774. P. 012017.
7. Vorob’ev V.S. e. a. Study of the Phase Boundary for C6F6 and SF6 under Microgravity // High Temp. 2020. V. 58. Pp. 333—341.
8. Lecoutre C. e. a. Near-critical Density Filling of the SF6 Fluid Cell for the ALI-R-DECLIC Experiment in Weightlessness // Proc. 68th Intern. Astronautical Congress. Adelaïde, 2017. Pp. 1—11.
9. Oprisan A., Garrabos Y., Lecoutre C., Beysens D. Pattern Evolution During Double Liquid-vapor Phase Transitions Under Weightlessness // Molecules. 2017. V. 22(6). P. 947.
10. 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. Pp. 879—884.
11. Kurzeja N., Tielkes T., Wagner W. The Nearly Classical Behavior of a Pure Fluid on the Critical Isochore Very Near the Critical Point under the Influence of Gravity // Int. J. Thermophys. 1999. V. 20. Pp. 531—561.
12. 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(1). Pp. 33—94.
---
Для цитирования: Рыков С.В., Кудрявцева И.В., Устюжанин Е.Е., Очков В.Ф., Рыков В.А. Анализ термодинамических комплексов и данных о плотности на линии насыщения в окрестности критической точки SF6 // Вестник МЭИ. 2025. № 2. С. 91—101. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-2-91-101
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Garrabos Y. e. a. Liquid-vapor Rectilinear Diameter Revisited. Phys. Rev. E. 2018;97:020101(R).
2. 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;34:735—754.
3. Ustyuzhanin E.E. i dr. Nekotorye Termodinamicheskie Svoystva SF6 na Binodali v Okrestnosti Kriticheskoy Tochki. Teplofizika i Aeromekhanika. 2023;30;3:591—608. (in Russian).
4. Anisimov M.A., Wang J. Nature of Asymmetry in Fluid Criticality. Phys. Rev. Lett. 2007;97(2):025703.
5. Shishakov V.V. Kombinirovannye Skeylingovye Modeli dlya Inzhenernykh Raschetov Termodinamicheskikh Svoystv na Linii Nasyshcheniya: Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. M.: MEI, 2014. (in Russian).
6. Vorobyev V.S. e. a. Comparison of the Scaling Models for Substance Densities along Saturation Line. J. Phys. Conf. Ser. 2016;774:012017.
7. Vorob’ev V.S. e. a. Study of the Phase Boundary for C6F6 and SF6 under Microgravity. High Temp. 2020;58:333—341.
8. Lecoutre C. e. a. Near-critical Density Filling of the SF6 Fluid Cell for the ALI-R-DECLIC Experiment in Weightlessness. Proc. 68th Intern. Astronautical Congress. Adelaïde, 2017:1—11.
9. Oprisan A., Garrabos Y., Lecoutre C., Beysens D. Pattern Evolution During Double Liquid-vapor Phase Transitions Under Weightlessness. Molecules. 2017;22(6):947.
10. 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;32:879—884.
11. Kurzeja N., Tielkes T., Wagner W. The Nearly Classical Behavior of a Pure Fluid on the Critical Isochore Very Near the Critical Point under the Influence of Gravity. Int. J. Thermophys. 1999;20:531—561.
12. 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;38(1):33—94
---
For citation: Rykov S.V., Kudryavtseva I.V., Ustyuzhanin E.E., Ochkov V.F., Rykov V.A. Analysis of Thermodynamic Complexes and Density Data for SF6 on the Saturation Line Near the Critical Point. Bulletin of MPEI. 2025;2:91—101. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-2-91-101
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
