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].
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 bo = 0,69
10-3 м3/кг, K , T* , ε1 = 0,47; ε2 =
– 1,59; ε3 = 1,26; ε4 = – 0,37.
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).
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||