ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА СТАНДАРТНЫХ СПРАВОЧНЫХ ДАННЫХ В ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ

"РОСАТОМ" - НИЯУ МИФИ

ГОЛОВНОЙ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ДАННЫХ

 
☰ Меню

База данных по теплофизическим свойствам газов и их смесей, используемых в ЯЭУ

Теплофизические свойства криптона

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗОВ В ЯЭУ

 

 

Криптон - химический элемент VIII группы периодической таблицы химических элементов. Криптон относится к инертным газам. Основная масса криптона на Земле содержится в атмосфере, где он является наиболее распространенным инертным газом, и представлен смесью из 6 стабильных изотопов, среди которых преобладает 84Kr (56,90 %). Криптон вступает в химические реакции, в частности, при взаимодействии криптона и фтора образуются фториды, устойчивые только при пониженной температуре. В атомной технике криптон интересен как один из осколков деления металлического урана, который накапливается в порах топлива и создает внутреннее давление в твэлах, которое увеличивается с ростом температуры, при этом происходит процесс распухания топлива, выражающееся в увеличении его объема. Распухание топлива является функцией выгорания и температуры твэлов, при этом с увеличением выгорания возрастает количество осколков деления, а с увеличением выгорания и температуры возрастает давление газа внутри оболочки твэла, что можeт привести к разрушению оболочки твэла. Таким образом, применение металлического урана в качестве ядерного топлива ограничивает одну из самых главных характеристик - глубину выгорания ядерного топлива.

Теплофизические характеристики криптона (Kr) представлены для температур в диапазоне от 300 до 2500 K и при давлении от 0,1 до 6 MПa. Исследованы образцы природного криптона Kr, включающего изотопы 78Kr÷86Kr, где преобладает изотоп 86Kr – 57 % [10, 11]. Раздел составлен по материалам работ [10-21].

В исследуемом диапазоне температур и давлений r/rcr ≤ 0,2 и T/Tcr ≥ 1,4, что соответствует состоянию разреженного газа. В этом диапазоне термодинамические характеристики описываются, в первом приближении, уравнением состояния идеального газа рv = RT, а парные и тройные взаимодействия атомов вносят небольшую поправку к этому уравнению. Для критических коэффициентов вязкости β, теплопроводности α и т. п. парные взаимодействия определяют температурные функции βo (Т), αо (Т) для разреженного газа, а тройные столкновения частиц дают к ним малые плотностные поправки.

Обобщение теплофизических свойств газообразного криптона, включающее область высоких температур, выполнено в соответствии с методиками, представленными в работах [25, 26]. Применительно к кинетическим коэффициентам результаты анализа по различным методикам согласуются между собой при температуре в диапазоне Т = 300 ÷ 2000 К в пределах погрешностей наиболее точных данных. Справочные данные, приведенные в работе [26] при Т ≤500 К завышены до 4 %, но при повышении температуры их отличие от данных, приведенных в работах [25, 26], сокращается. Расчетные зависимости и оценки погрешностей, основываются на результатах, приведенных в работах [25, 26].

 

Фундаментальные константы для криптона:

 

Атомный вес M = 83,80±0,02 кг/моль [1, 2]

Удельная газовая постоянная R = 99,218±0,02 Дж/(кг K) [2].

Температура кипения при нормальном давлении Tк = 119,93 K [2].

Критическая температура Tкр = 209,41 K, [2].

Критическое давление Pкр = 5,50 MПa, [2].

Критическая плотность rкр = 1090 кг/м3 [2].

 

Удельный объем

При расчете удельного объема V по уравнению состояния реального газа учитывается второй вириальный коэффициент, м3/кг [22]:

(1)

где

(2)

 

T*  =  T / 197,8, температура T измеряется в K, α1  =  46,9713; α2  =  – 316,783; α3  =  2217,90; α4  =  – 8255,25; α5  =  14395,8; α6  =  – 12268,2; α7  =  4088,3. Точность расчетов при температурах в диапазоне T  =  300  - 1000 K не превышает 0,05 %, а при T  =  1000   - 2500 K точность не превышает 0,1 %.

Удельная изобарная теплоемкость, Дж/(кг·K), рассчитывается по формуле, приведенной в работе [13]:

 

Hp (T, P)  =  248,05 - [RT2(d2B/dT2)] (P/RT), (3)

 

где формула для B дана выше. Погрешность при температуре в диапазоне T = 300 - 2500 K не превышает 0,1 %.

 

Удельная изохорная теплоемкость, Дж/(кг·K), [13]:

 

Hv(T, P)  =  198,83 - R [2T (dB/dT) + T2(d2B/dT2)] (P/RT), (4)

 

Погрешность при температуре T < 000 K не превышает 0,1 %.

Показатель изоэнтропы, [22]:

(5)

Скорость звука, м/с, [22]:

(6)

Погрешность для всего диапазона параметров не превышает 0,1%.

 

Удельная энтальпия, Дж/кг, [22]:

(7)

Погрешность определения H при температуре в диапазоне T  =  300  - 2500 K не превышает 0,1%. Начальной точкой отсчета является температура T  =  0 K.

 

Удельная энтропия

Удельная энтропия, Дж/(кг·K), [17, 20]:

(8)

где температура T в K, давление P в Пa, B показаны выше. Погрешность определения S не превышает 0,1%.

Динамическая вязкость

Коэффициент динамической вязкости, Пa·с, [18]:

(9)

(10)

Где β1  =  0,46841; β2  =  – 0,56991; β3  =  0,19591; β4  =  – 0,038790; β5  =  0,00259000.

Плотностная поправка к β:

(11)

Здесь bo = 69·10-3 м3/кг,

(12)

T*  =  T/197,8; δ1  =  – 0,15195; δ2  =  2,54126; δ3  =  – 3,10830; δ4  =  0,52764; δ5  =  0,50741; δ6  =  –0,23042.

Точность аппроксимации при температуре T  =  300  -  1500 K выше 1,5 %, при T  =  1500  -  2500 K выше 2,5 %.

Теплопроводность

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·K), [22]:

(13)

(14)

где b =  0,69 10-3 м3/кг, K , T* , ε1 = 0,47; ε2 = – 1,59; ε3 = 1,26; ε4 = – 0,37.
Погрешность расчета: при температуре в диапазоне T = 300 - 1000 K выше 1,5 %; при T  =  1000 - 2500 K выше 2,5 %.

Данные, приведенные в таблице ниже, рассчитаны по приведенным выше соотношениям. Кроме того, соотношение δ  =  β/r используется для расчета коэффициента кинематической вязкости; γ  =  α/(Hpr) – для коэффициента температуропроводности, и ε  =  δ/γ – для числа Прандтля.

Значения теплоемкости Н в таблице ниже не приводятся, поскольку в исследуемом интервале температур она постоянная и равна 0,25 Дж/(г·К).

 

T, K r, 10-6, г/м3 Э, Дж/г α, 10-4, Вт/(см⋅K) β, 10-7, H⋅с/м2 γ, см-2 δ, 10-2, см2 ε
275 3.69 201.4 88.02 237.9 95.5 64.42 0.674
285 3.58 203.9 90.88 245.1 101.8 68.5 0.673
295 3.47 206.3 93.73 252.1 108.3 72.73 0.671
305 3.36 208.8 96.56 259.1 115.1 77.11 0.67
315 3.26 211.3 99.37 266 122.2 81.65 0.668
325 3.16 213.8 102.2 272.9 129.6 86.34 0.666
335 3.07 216.3 105 279.6 137.2 91.18 0.664
345 2.98 218.7 107.7 286.2 145.1 96.17 0.663
355 2.89 221.2 110.5 292.8 153.2 101.3 0.661
365 2.81 223.7 113.2 299.3 161.7 106.6 0.659
375 2.73 226.2 116 305.7 170.4 112 0.657
385 2.65 228.7 118.7 312 179.4 117.6 0.656
395 2.58 231.1 121.4 318.2 188.6 123.3 0.654
405 2.51 233.6 124.1 324.3 198.1 129.1 0.652
415 2.45 236.1 126.7 330.4 207.8 135.1 0.65
425 2.38 238.6 129.4 336.4 217.9 141.2 0.648
435 2.32 241.1 132 342.2 228.1 147.4 0.646
445 2.26 243.5 134.7 348 238.6 153.7 0.644
455 2.21 246 137.3 353.7 249.3 160.1 0.642
465 2.16 248.5 139.9 359.4 260.2 166.7 0.64
475 2.11 251 142.5 364.9 271.4 173.3 0.638
485 2.06 253.5 145 370.4 282.7 179.9 0.636
495 2.01 255.9 147.6 375.7 294.2 186.7 0.634
505 1.97 258.4 150.1 381 305.9 193.5 0.632
515 1.93 260.9 152.7 386.2 317.8 200.3 0.63
525 1.89 263.4 155.2 391.3 329.8 207.2 0.628
535 1.85 265.9 157.7 396.3 342 214.2 0.626
545 1.81 268.3 160.2 401.3 354.2 221.1 0.624
555 1.78 270.8 162.6 406.1 366.7 228.1 0.622
565 1.75 273.3 165.1 410.9 379.2 235.1 0.62
575 1.72 275.8 167.5 415.6 391.8 242.1 0.618
585 1.69 278.3 170 420.2 404.5 249.1 0.616
595 1.66 280.7 172.4 424.7 417.3 256.1 0.614
605 1.63 283.2 174.8 429.1 430.01 263 0.611
615 1.61 285.7 177.2 433.4 443 269.9 0.609
625 1.58 288.2 179.5 437.7 456 276.9 0.607
635 1.56 290.7 181.9 441.8 469 283.7 0.605
645 1.53 293.1 184.2 445.9 482.1 290.6 0.603
655 1.51 295.6 186.6 449.9 495.2 297.4 0.6
665 1.49 298.1 188.9 453.8 508.4 304.1 0.598
675 1.47 300.6 191.2 457.7 521.6 310.9 0.596
685 1.45 303.1 193.5 461.4 534.8 317.6 0.594
695 1.43 305.5 195.7 465.1 548.1 324.2 0.591
705 1.42 308 198 468.6 561.4 330.8 0.589
715 1.4 310.5 200.2 472.1 574.8 337.4 0.587
725 1.38 313 202.5 475.5 588.3 343.9 0.585
735 1.37 315.5 204.7 478.8 601.8 350.4 0.582
745 1.35 317.9 206.9 482 615.3 356.8 0.58
755 1.34 320.4 209.1 485.2 629 363.2 0.577
765 1.32 322.9 211.2 488.2 642.7 369.7 0.575
775 1.31 325.4 213.4 491.2 656.5 376 0.573
785 1.29 327.9 215.5 494.1 670.5 382.4 0.57
795 1.28 330.3 217.7 496.9 684.5 388.8 0.568
805 1.26 332.8 219.8 499.6 698.7 395.1 0.565
815 1.25 335.3 221.9 502.2 713 401.5 0.563
825 1.24 337.8 224 504.8 727.5 407.9 0.561
835 1.22 340.3 226 507.2 742.2 414.3 0.558
845 1.21 342.7 228.1 509.6 757 420.7 0.556
855 1.2 345.2 230.1 511.9 772.1 427.1 0.553
865 1.19 347.7 232.2 514.1 787.3 433.6 0.551
875 1.18 350.2 234.2 516.2 802.9 440.1 0.548
885 1.16 352.7 236.2 518.2 818.6 446.7 0.546
895 1.15 355.1 238.1 520.1 834.6 453.3 0.543
905 1.13 357.6 240.1 522 850.9 459.9 0.54
915 1.12 360.1 242.1 523.8 867.5 466.7 0.538
925 1.11 362.6 244 525.5 884.4 473.5 0.535
935 1.1 365.1 245.9 527.1 901.7 480.3 0.533
945 1.08 367.5 247.9 528.6 919.2 487.3 0.53
955 1.07 370 248.9 530 937.2 494.3 0.527
965 1.06 372.5 251.6 531.3 955.4 501.4 0.525
975 1.05 375 253.5 532.6 974.1 508.6 0.522
985 1.03 377.5 255.4 533.8 993.1 515.9 0.519
995 1.02 379.9 257.2 534.9 1013 523.2 0.517
1005 1.01 382.4 259 535.9 1032 530.7 0.514
1015 0.99 384.9 260.8 536.8 1053 538.2 0.511
1025 0.98 387.4 262.6 537.6 1073 545.7 0.509
1035 0.97 389.9 264.4 538.3 1094 553.3 0.506
1045 0.97 392.3 266.2 539 1115 561 0.503
1055 0.95 394.8 267.9 539.6 1137 568.7 0.5
1065 0.94 397.3 269.7 540.1 1159 576.5 0.497
1075 0.93 399.8 271.4 540.5 1181 584.2 0.495
1085 0.91 402.3 273.1 540.8 1204 591.9 0.492
1095 0.9 404.7 274.8 541 1226 599.6 0.489
1105 0.9 407.2 276.5 541.1 1249 607.2 0.486
1115 0.88 409.7 278.2 541.2 1272 614.7 0.483
1125 0.87 412.2 279.8 541.2 1295 622 0.48
1135 0.86 414.7 281.5 541.1 1318 629.2 0.477
1145 0.85 417.1 283.1 540.9 1341 636.2 0.474
1155 0.85 419.6 284.7 540.6 1364 642.9 0.471
1165 0.83 422.1 286.3 540.2 1386 649.2 0.468
1175 0.82 424.6 287.9 539.8 1408 655.2 0.465
1185 0.82 427.1 289.4 539.2 1429 660.7 0.462
1195 0.81 429.5 291 538.6 1449 665.7 0.459
1205 0.8 432 292.5 537.9 1469 670.2 0.456
1215 0.8 434.5 294.1 537.1 1487 674 0.453
1225 0.79 437 295.6 536.2 1504 677.1 0.45
1235 0.79 439.5 297.1 535.2 1520 679.3 0.447
1245 0.78 441.9 298.6 534.2 1534 680.8 0.444

 

 

 

 

Яндекс.Метрика