ГОСТ Р 8.1019-2023 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). 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.

        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

 

 State system for ensuring the uniformity of measurements. Moist methane. Thermodynamic properties at temperatures from 200 K to 400 K, pressures from 0,1 to 10 MPa and relative moisture from 0,2 to 1,0

ОКС 17.060

Дата введения 2023-12-01

 

 Предисловие

     

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

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 180 "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

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 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 устанавливает значения стандартных справочных данных равновесной мольной концентрации
и массовой концентрации
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]).
 

      2 Нормативные ссылки

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.

 

      3 Обозначения

В настоящем стандарте использованы следующие обозначения

- температура, К;
 
- давление влажного метана, МПа;
 
- равновесная мольная концентрация водяного пара во влажном метане (безразмерная величина);
 
- равновесная массовая концентрация водяного пара во влажном метане (безразмерная величина);
 
- относительная влажность метана (безразмерная величина);
 
- мольная масса влажного метана, кг/кмоль;
 
- удельный объем влажного метана, 10
м
/кг;
 
- энтальпия влажного метана, кДж/кг;
 
- энтропия влажного метана, кДж/(кг·К);
 
- изобарная теплоемкость влажного метана, кДж/(кг·К);
 
- парциальное давление водяного пара, кПа;
 
- массовое влагосодержание, 10
кг вод. пара/кг метана;
 
- абсолютная влажность метана, кг/м
.
 

      4 Метод расчета стандартных справочных данных

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

,                                                          (1)
 
где
- коэффициент сжимаемости;
 
- давление влажного метана, МПа;
 
- удельный объем влажного метана, 10
м
/кг;
 
- универсальная газовая постоянная Дж/(моль·К);
 
- температура, К;
 
- второй вириальный коэффициент, м
/кг;
 
- третий вириальный коэффициент, (м
/кг)
.
 
Вириальные коэффициенты бинарной системы влажного метана представлены функциями мольной концентрации
водяного пара во влажном метане:
 
,                                     (2)
 
.                 (3)
 
Вириальные коэффициенты
и
чистого метана получены на основе стандартных справочных
,
,
данных, которые аппроксимированы вириальным уравнением состояния
 
,                                                       (4)
 

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:

,                                                                (5)
 
,                                                               (6)
 
где
K.
 

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

Для водяного пара использовано уравнение

,                                                            (7)
 

в котором

.                                                             (8)
 
Полином (8) описывает зависимость
(
) 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
и
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:
 
,                                                              (9)
 
,                                                             (10)
 

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

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

Равновесную массовую концентрацию вычисляют по формуле

,                                                    (11)
 
где
- мольная масса метана, равная 16,0426 г/моль;
 
- мольная масса воды, равная 18,0152 г/моль.
 

Относительная влажность метана определена как отношение мольных концентраций

.                                                                      (12)
 

Мольную массу влажного метана вычисляют по формуле

.                                                   (13)
 

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]:

,                     (14)
 
                        (15)
 
          (16)
 
где
,
,
,
- идеально-газовые энтальпии и изобарные теплоемкости;
 
,
- стандартные энтропии (при давлении
101,325 кПа) метана и водяного пара.
 
Значения идеально-газовых функций компонентов (
1 - метан,
2 - водяной пар) вычисляют по формулам:
 
,                                                         (17)
 
,                                                         (18)
 

где идеально-газовые изобарные теплоемкости компонентов представлены полиномами:

,                                                          (19)
 
.                                                           (20)
 

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:

,                                                    (21)
 
,                                                              (22)
 
.                                                                (23)
 

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 матовой 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.

Приложение А

(обязательное)

 

 Коэффициенты и показатели степеней полиномов

     

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

Таблица А.1 - Коэффициенты и показатели степеней полиномов (5) и (6) для вириальных коэффициентов метана

 

 

 

 

 

 

 
 
, см
/моль
 
 
 

1

0

49,935

0

1523,84

2

1

-242,98

3

27380,8

3

3

-348,36

4

-13557,18

4

4

156,584

-

-

 

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

 

 

 

 
 
, см
/моль
 

1

1

197,258

2

2

-4018,29

3

5

-323492

4

6

1,39840
·10
 

5

7

-2,89960
·10
 

 

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

Таблица А.3 - Коэффициенты и показатели степеней полиномов (9) и (10) для смешанных вириальных коэффициентов

 

 

 

 

 

 

 
 
, см
/моль
 
 
 

1

0

55,45602

0

1660,988

2

1

-265,7825

1

151,3931

3

2

-215,9120

3

27020,07

4

-

-

5

-60071,22

 

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

 

 

 

 
, Дж/моль
 
, Дж/(моль·К)
 

1

12497

149,48

2

50676

148,80

 

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

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

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 

1

0

4,279901

0

4,00706806

2

1

-0,9251870

2

-0,822462863410
·10
 

3

2

1,146262

5

0,324333221
·10
 

4

3

-0,5779175

6

-0,500436515
·10
 

5

5

0,1202266

-

-

6

6

-0,476949
·10
 

-

-

7

7

0,6943354
·10
 

-

-

8

9

-0,1013894
·10
 

-

-

9

10

0,7644466
·10
 

-

-

 

Приложение Б

(обязательное)

 

 Отклонения расчетных значений равновесной мольной концентрации водяного пара во влажном метане от экспериментальных

Отклонения
100,
, %, 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.
 

Таблица Б.1 - Отклонения расчетных значений равновесной мольной концентрации водяного пара во влажном метане от экспериментальных

 

 

 

 

, МПа
 
 
 
 
°
С
 

2,354

-0,77

1,00

0,70

3,051

-0,79

1,00

0,89

4,055

-0,42

1,00

1,13

°
С
 

1,380

-3,02

3,00

0,25

3,014

0,46

1,00

0,51

4,838

1,22

1,00

0,75

6,270

-2,07

3,00

0,89

6,817

1,84

1,00

0,95

°
С
 

1,380

-0,94

3,00

0,15

3,121

0,45

1,00

0,32

5,473

0,74

1,00

0,56

6,210

2,18

3,00

0,64

6,727

1,04

1,00

0,71

°
С
 

5,741

0,44

1,00

0,63

7,189

-0,01

1,00

0,88

9,347

0,53

1,00

1,33

°
С
 

2,53

1,27

3,00

0,22

5,07

-0,55

3,00

0,55

10,13

-3,32

3,00

1,56

°
С
 

2,53

1,82

3,00

0,25

5,07

-1,52

3,00

0,67

10,13

-1,63

3,00

1,84

 

Приложение В

(обязательное)

 

 Таблицы стандартных справочных данных о термодинамических свойствах влажного метана

Таблица В.1 - Стандартные справочные данные о равновесной мольной концентрации водяного пара во влажном метане

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, К
 
при
, МПа
 

 

0,1

0,5

1,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

200

1,645

-

-

-

-

-

-

-

220

26,78

-

-

-

-

-

-

-

240

274,7

56,4

-

-

-

-

-

-

260

1970

403

207

-

-

-

-

-

280

9965

2029

1037

542

297

-

-

-

300

35530

7210

3670

1910

1030

740

596

514

320

105980

21460

10900

5620

2990

2120

1690

1430

340

273330

55300

28020

14360

7570

5310

4190

3520

360

624240

126590

64040

32740

17110

11910

9320

7800

380

-

262400

132740

67700

35200

24300

18900

15700

400

-

499290

253300

129200

66900

46100

35700

29400

 

Таблица В.2 - Стандартные справочные данные о равновесной массовой концентрации водяного пара во влажном метане

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, К
 
при
, МПа
 

 

0,1

0,5

1,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

200

1,847

-

-

-

-

-

-

-

220

30,07

-

-

-

-

-

-

-

240

308,4

63,4

-

-

-

-

-

-

260

2211

452,1

232

-

-

-

-

-

280

11177

2277

1164

609

334

-

-

-

300

39720

8090

4120

2140

1150

830

670

580

320

117480

24 040

12220

6300

3350

2380

1890

1610

340

296690

61680

31350

16120

8490

5960

4700

3950

360

651020

139970

71350

36620

19170

13350

10450

8720

380

-

205450

146670

75420

39340

27260

21210

17600

400

-

528250

275800

14300

74500

51400

39900

32900

 

Таблица В.3 - Стандартные справочные данные о термодинамических свойствах влажного метана

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
K,
МПа
 

0,2

16,0426

1030,0

984,8

10,757

2,107

0,000

0,000

0,000

0,4

16,0426

1030,0

984,8

10,757

2,107

0,000

0,001

0,000

0,6

16,0426

1030,0

984,8

10,757

2,107

0,000

0,001

0,000

0,8

16,0426

1030,0

984,8

10,757

2,107

0,000

0,001

0,000

1,0

16,0426

1030,0

984,8

10,757

2,107

0,000

0,002

0,000

K,
МПа
 

0,2

16,0426

1134,8

1027,0

10,959

2,116

0,001

0,006

0,000

0,4

16,0426

1134,8

1027,0

10,959

2,116

0,001

0,012

0,000

0,6

16,0426

1134,8

1027,0

10,959

2,116

0,002

0,018

0,000

0,8

16,0426

1134,8

1027,0

10,959

2,116

0,002

0,024

0,000

1,0

16,0427

1134,8

1027,1

10,959

2,116

0,003

0,030

0,000

K,
МПа
 

0,2

16,0427

1239,4

1069,6

11,144

2,134

0,006

0,062

0,000

0,4

16,0428

1239,4

1069,7

11,144

2,134

0,011

0,123

0,000

0,6

16,0429

1239,3

1069,8

11,144

2,134

0,017

0,185

0,000

0,8

16,0430

1239,3

1070,0

11,144

2,134

0,022

0,247

0,000

1,0

16,0431

1239,3

1070,1

11,144

2,134

0,028

0,309

0,000

K,
МПа
 

0,2

16,0434

1343,7

1113,3

11,316

2,160

0,039

0,443

0,000

0,4

16,0442

1343,6

1114,2

11,317

2,160

0,079

0,885

0,001

0,6

16,0449

1343,6

1115,0

11,318

2,159

0,118

1,329

0,001

0,8

16,0457

1343,5

1115,9

11,319

2,159

0,158

1,772

0,001

1,0

16,0465

1343,4

1116,8

11,320

2,159

0,197

2,216

0,002

K,
МПа
 

0,2

16,0465

1447,7

1160,4

11,481

2,193

0,200

2,243

0,002

0,4

16,0505

1447,3

1164,8

11,484

2,193

0,399

4,494

0,003

0,6

16,0544

1447,0

1169,3

11,487

2,192

0,599

6,755

0,005

0,8

16,0583

1446,6

1173,7

11,489

2,191

0,799

9,024

0,006

1,0

16,0623

1446,2

1178,2

11,491

2,191

0,998

11,30

0,008

K,
МПа
 

0,2

16,0434

287,09

1152,5

10,632

2,223

0,205

0,456

0,002

0,4

16,0442

287,08

1153,4

10,633

2,222

0,410

0,912

0,003

0,6

16,0450

287,06

1154,3

10,634

2,222

0,615

1,368

0,005

0,8

16,0458

287,04

1155,2

10,635

2,222

0,820

1,825

0,006

1,0

16,0466

287,03

1156,1

10,636

2,222

1,025

2,282

0,008

K,
МПа
 

0,2

16,0430

141,99

1146,5

10,258

2,260

0,212

0,233

0,002

0,4

16,0434

141,98

1146,9

10,259

2,260

0,424

0,466

0,003

0,6

16,0438

141,98

1147,4

10,259

2,260

0,636

0,699

0,005

0,8

16,0442

141,97

1147,9

10,260

2,260

0,847

0,932

0,007

1,0

16,0446

141,97

1148,3

10,260

2,260

1,059

1,166

0,008

K,
МПа
 

0,2

16,0566

1550,8

1216,0

11,640

2,233

0,712

8,036

0,005

0,4

16,0706

1549,4

1231,8

11,646

2,230

1,423

16,19

0,010

0,6

16,0846

1548,1

1247,5

11,651

2,228

2,1133

24,46

0,015

0,8

16,0987

1546,7

1263,2

11,653

2,225

2,844

32,85

0,021

1,0

16,1127

1545,3

1278,9

11,655

2,223

3,553

41,37

0,026

K,
МПа
 

0,2

16,0454

308,29

1199,6

10,789

2,259

0,727

1,622

0,005

0,4

16,0483

308,24

1202,8

10,792

2,259

1,453

3,248

0,011

0,6

16,0511

308,18

1206,0

10,794

2,258

2,179

4,879

0,016

0,8

16,0540

308,12

1209,2

10,796

2,258

2,905

6,515

0,021

1,0

16,0568

308,06

1212,4

10,798

2,257

3,630

8,156

0,026

K,
МПа
 

0,2

16,0440

152,86

1193,1

10,417

2,290

0,747

0,825

0,005

0,4

16,0455

152,85

1194,8

10,418

2,290

1,493

1,652

0,011

0,6

16,0469

152,83

1196,4

10,420

2,289

2,238

2,479

0,016

0,8

16,0484

152,82

1198,0

10,421

2,289

2,983

3,308

0,022

1,0

16,0498

152,80

1199,7

10,422

2,289

3,728

4,138

0,027

K,
МПа
 

0,2

16,0434

75,153

1182,5

10,033

2,355

0,788

0,428

0,006

0,4

16,0441

75,149

1183,4

10,033

2,355

1,575

0,856

0,011

0,6

16,0449

75,145

1184,2

10,034

2,355

2,362

1,285

0,017

0,8

16,0456

75,140

1185,1

10,035

2,354

3,148

1,714

0,023

1,0

16,0464

75,136

1185,9

10,036

2,354

3,933

2,143

0,028

K,
МПа
 

0,2

16,0430

36,338

1162,2

9,623

2,498

0,877

0,230

0,006

0,4

16,0434

36,337

1162,6

9,624

2,498

1,754

0,461

0,013

0,6

16,0438

36,335

1163,1

9,624

2,498

2,630

0,691

0,019

0,8

16,0442

36,334

1163,5

9,625

2,498

3,505

0,922

0,025

1,0

16,0446

36,332

1164,0

9,625

2,498

4,380

1,153

0,032

K,
МПа
 

0,2

16,0844

1651,9

1292,3

11,796

2,276

2,121

24,32

0,014

0,4

16,1262

1647,5

1338,9

11,801

2,267

4,240

49,71

0,029

0,6

16,1680

1643,1

1385,2

11,800

2,258

6,356

76,26

0,043

0,8

16,2098

1638,7

1431,3

11,796

2,250

8,469

104,0

0,058

1,0

16,2517

1634,3

1477,1

11,788

2,242

10,58

133,1

0,072

K,
МПа
 

0,2

16,0511

329,33

1251,5

10,941

2,303

2,159

4,841

0,015

0,4

16,0595

329,15

1261,0

10,946

2,301

4,315

9,724

0,029

0,6

16,0680

328,96

1270,5

10,950

2,299

6,469

14,65

0,044

0,8

16,0765

328,78

1279,9

10,953

2,298

8,619

19,62

0,059

1,0

16,0849

328,59

1289,4

10,956

2,296

10,77

24,63

0,073

K,
МПа
 

0,2

16,0469

163,63

1242,5

10,569

2,329

2,207

2,453

0,015

0,4

16,0512

163,59

1247,3

10,572

2,328

4,410

4,916

0,030

0,6

16,0555

163,54

1252,1

10,575

2,328

6,611

7,390

0,045

0,8

16,0598

163,49

1257,0

10,577

2,327

8,809

9,875

0,060

1,0

16,0641

163,44

1261,8

10,580

2,326

11,00

12,37

0,075

K,
МПа
 

0,2

16,0448

80,772

1231,5

10,187

2,383

2,305

1,263

0,016

0,4

16,0470

80,759

1234,0

10,189

2,382

4,607

2,529

0,031

0,6

16,0492

80,745

1236,5

10,191

2,382

6,905

3,798

0,047

0,8

16,0515

80,732

1239,0

10,193

2,382

9,201

5,070

0,062

1,0

16,0537

80,718

1241,4

10,195

2,381

11,49

6,344

0,078

K,
МПа
 

0,2

16,0438

39,384

1213,0

9,786

2,497

2,513

0,671

0,017

0,4

16,0450

39,380

1214,3

9,787

2,497

5,023

1,343

0,034

0,6

16,0461

39,376

1215,6

9,788

2,497

7,528

2,016

0,051

0,8

16,0473

39,372

1216,9

9,789

2,497

10,03

2,690

0,068

1,0

16,0485

39,367

1218,2

9,791

2,497

12,53

3,364

0,085

K,
МПа
 

0,2

16,0434

25,643

1195,1

9,534

2,622

2,736

0,476

0,019

0,4

16,0443

25,640

1196,1

9,535

2,622

5,467

0,952

0,037

0,6

16,0451

25,638

1197,0