База данных по теплофизическим свойствам газов и их смесей, используемых в ЯЭУ
Теплофизические свойства водорода
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗОВ В ЯЭУ
Естественный водород представляет собой смесь двух изотопов: водорода (99,985%) и дейтерия (0.015%). Молекулы водорода существуют в двух состояниях: параводорода и ортоводорода. В интервале температур от 0 до 20 градусов (по Кельвину) водород находится в пара-состоянии. При более высоких температурах (около 200 градусов) водород частично изомеризуется в орто-состояние примерно в следующей пропорции: 75 % ортоводорода с параллельно ориентированными ядерными спинами и 25 % параводорода с антипараллельными спинами ядер. Соотношение ортоводорода и параводорода сильно зависит от температуры (до 200 градусов) и практически не зависит от давления. Таким образом, приведенные ниже теплофизические свойства водорода соответствуют пропорции ортоводорода и параводорода в пропорции 75/25. Наибольший интерес для приложений в атомной науке и технике представляют характеристики и свойства водорода в диапазоне температур Т = 300 K÷1200 K и давлений Р = 0,1÷1,2 MПa. Данные диапазоны охватывают «рабочие» области изменения температуры и давления в действующих российских коммерческих ядерных реакторах (ВВЭР-1000: 580 – 630 градусов и БН-600: 890 – 940 градусов). Более высокие интервалы изменения температуры интересны в плане изучения последствий проектных и запроектных аварий. Водородные взрывы, прозвучавшие при аварии на японской АЭС «Фукушима» в 2011 г., указывают на очевидную актуальность теплофизических данных водорода в рассматриваемых интервалах. Далее приводятся данные для расчета теплофизических характеристик газообразного водорода в зависимости от температур Т и давления Р. При этом систематизировались и анализировались данные, приведенные в работах [10÷24]. Если не оговорено особо, указанные погрешности соответствуют 95%-му квантилю нормального распределения (т.е. указаны погрешности 2σ). Фундаментальные константы для водорода:
Далее приводятся корреляции, которые рекомендуется использовать при расчетах теплогидравлических характеристик Н2. B* = ∑5 i = 1 αi[lnT*]-(i-1) (2)
Удельная изобарная теплоемкость, Дж/(кг К) [9, 15]:
Удельная изохорная теплоемкость, Дж/(кг К), [9, 15]:
Hv = Hvo = (2B1+B2)p/T, (4)
Термодинамическая скорость звука, м/с, [22]:
Удельная энтальпия, Дж/кг, [17]: Аппроксимационная точность не превышает 0,2 % в рассматриваемом диапазоне параметров.
Удельная энтропия, Дж/(кг К), [17]:
S – энтропия в стандартном идеально-газовом состоянии,
Динамическая вязкость
K = ∑5i = 1ωi(lnT*) - (i - 1), (9) Теплопроводность
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м К), по данным работы [24]:
f = 3,75R/Hvo + E Hin/Hvo(11)
E = 1,2∑3i = 1εi(lnT*) - (i - 1) ,(12)
Аппроксимационная точность: при T в диапазоне от 300 до 1000 K равна 2 %, при Т в диапазоне от 1000 до 2500 К составляет 3 %. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||