Модифікація рівняння стану Редліха-Квонга-Ангьє для визначення основних термодинамічних параметрів в області чистого рідкого СО2

Автор

Г. С. Воробйова, Національний аерокосмічний університет «Харківський авіаційний інститут» ім. М.Є. Жуковського (61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17), e-mail: vorobyovaanna1610@gmail.com, ORCID: 0000-0002-4181-8269

Анотація

Найважливішими параметрами визначення стану реального газу і термодинамічних властивостей робочого тіла в чистій рідкій області є тиск, питомий об’єм, ентальпія й ентропія. У статті представлено модифіковане рівняння стану Редліха-Квонга-Анг’є для визначення тиску, питомого об’єму, ентальпії та ентропії у чистій рідкій фазі реального газу. Досліджуваним робочим тілом обрано СО₂. Авторкою при вирішенні поставленого завдання визначені основні параметри термодинаміки рідкого двуокису вуглецю з найменшою похибкою в порівнянні з експериментальними даними в широкому діапазоні від 220 К до 300 К. Доведено, що за допомогою запропонованого методу, вихідними даними для якого виступають температура, густина, критичні властивості, молярна маса й ацентричний фактор робочого тіла, обчислюються тиск, питомий об’єм, густина, ентальпія й ентропія рідкого СО₂. Зокрема, при розрахунку тиску робочого тіла використовується модифіковане рівняння стану Редліха-Квонг-Анг’є. Авторкою запропоновано кореляційне рівняння масштабної поправки, яке застосовується в рівнянні стану Редліха-Квонга-Анг’є для СО₂ у регіоні чистої рідкої фази. Отримані результати для тиску, ентальпії та ентропії рідкого СО₂ продемонстрували хороший збіг із базовими значеннями, що забезпечує застосування запропонованого методу в області чистого рідкого СО₂, обмеженого інтервалом температур від 220 К до 300 К. Простота виду рівняння стану і мала кількість емпіричних коефіцієнтів дозволяє використовувати наведений метод для вирішення практичних проблем обчислювальної газодинаміки без витрати великої кількості часу на розрахунки.

Ключові слова: область чистого рідкого CO₂, модифіковане Анг’є рівняння стану Редліха-Квонга, тиск рідкого CO₂, ентальпія рідкого CO₂, ентропія рідкого CO₂.

Література

1. Redlich O., Kwong J. N. S. On the thermodynamics of solutions. V. An equation of state. Fugacities of gaseous solutions. Chemical reviews. 1949. Vol. 44. No. 1. P. 233–244. https://doi.org/10.1021/cr60137a013.
2. Soave G. Equilibrium constants from a modified Redlich-Kwong equation of state. Chemical engineering science. 1972. Vol. 27. Iss. 6. P. 1197–1203. https://doi.org/10.1016/0009-2509(72)80096-4.
3. Peng D.-Yu., Robinson D. B. A new two-constant equation of state. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. 1976. Vol. 15. No. 1. P. 59–64. https://doi.org/10.1021/i160057a011.
4. Span R., Wagner W. A new equation of state for carbon dioxide covering the fluid region from the triple‐point temperature to 1100 K at pressures up to 800 MPa. Journal of Physical and Chemical Reference Data. 1996. Vol. 25. Iss. 6. P. 1509–1596. https://doi.org/10.1063/1.555991.
5. Wagner W., Kretzschmar H.-J. IAPWS industrial formulation 1997 for the thermodynamic properties of water and steam. International Steam Tables: Properties of Water and Steam Based on the Industrial Formulation IAPWS-IF97. 2008. P. 7–150. https://doi.org/10.1007/978-3-540-74234-0_3.
6. Поводырев А. А. Кроссоверное поведение термодинамических и транспортных свойств бинарных растворов: дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.14 / Институт проблем нефти и газа Российской академии наук и государственного комитета РФ по высшему образованию. М., 1995. 118 с.
7. Pakravesh A., Fatemeh Z., Hosseinali Z. PρT parameterization of SAFT equation of state: Developing a new parameterization method for equations of state. Fluid Phase Equilibria. 2021. Vol. 538. Paper ID 113024. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2021.113024.
8. Saali A., Sakhaeinia H., Shokouhi M. Modification of Peng–Robinson cubic equation of state with correction of the temperature dependency term. Journal of Solution Chemistry. 2021. Vol. 50. No. 3. P. 402–426. https://doi.org/10.1007/s10953-021-01065-8.
9. Kumar A., Upadhyay R. A new two-parameters cubic equation of state with benefits of three-parameters. Chemical Engineering Science. 2021. Vol. 229. Paper ID 116045. https://doi.org/10.1016/j.ces.2020.116045.
10. Vorobiova H. S. Modification of the Redlich-Kwong-Aungier equation of state to determine the degree of dryness in the CO2 two-phase region. Journal of Mechanical Engineering – Problemy mashynobuduvannia. 2021. Vol. 24. No. 4. P. 17–27. https://doi.org/10.15407/pmach2021.04.017.
11. Aungier R. H. A fast, accurate real gas equation of state for fluid dynamic analysis applications. Journal of Fluid Engineering. 1995. Vol. 117. Iss. 2. P. 277–281. https://doi.org/10.1115/1.2817141.
12. Woodcock L. V. Thermodynamic fluid equations-of-state. Entropy. 2018. Vol. 20. No. 1. Paper ID 22. https://doi.org/10.3390/e20010022.

Надійшла до редакції 09.05.2022