Роль критичного фактора стисливості у рівнянні стану критичного флюїда

Автор(и)

  • О. Д. Альохін
  • О.І. Білоус
  • Є.Г. Рудніков

DOI:

https://doi.org/10.18524/0367-1631.2021.59.227105

Ключові слова:

критична точка, параметричні масштабні рівняння стану, фактор стиснення, критичні показники, граничні критичні напрями

Анотація

На базі літературних даних РVT-вимірювань, амплітуди рівнянь критичної ізотерми D0(Zk), критичної ізохори Г0(Zk), межі поділу фаз В0(Zk) виражено через критичний фактор стисливості речовини Zk=PkVk/RTk у всій флуктуаційній області поблизу критичної точки. При цьому був використаний феноменологічний метод розрахунку величин критичних показників флуктуаційної теорії фазових переходів на основі введення малих параметрів в рівняння флуктуаційної теорії. Показано, що в межах похибок РVT-вимірювань ці залежності D0(Zk) і В0(Zk) від фактора стисливості є лінійними, а Г0  від фактора стисливості практично не залежить.

Встановлено зв'язок цих амплітуд з амплітудами а й k лінійної моделі системи параметричних масштабних рівнянь стану речовини поблизу критичної точки. Показано, що залежно k(Zk) та  а(Zk) у всій флуктуаційній області поблизу критичної точки також є лінійними. Отримані залежності k(Zk) та  а(Zkузгоджуються з відомими співвідношеннями між амплітудами критичної ізотерми D0(Zk), критичної ізохори Г0(Zk),  межі поділу фаз В0(Zk) в межах системи масштабних рівнянь параметричного скейлінга.

Співвідношення а(Zk), k(Zk) дозволяють на базі лінійної моделі системи параметричних масштабних рівнянь стану речовини визначити такі важливі характеристики критичного флюїду як температурні й польові залежності радіуса кореляції Rc(T,m) та флуктуаційної частини термодинамічного потенціалу Ф(T,m) у всій флуктуаційної області поблизу критичної точки.

Тоді на основі виду флуктуаційної частини термодинамічного потенціалу Ф(T,m)~Rc(T,m)-3 отримані результати дозволяють розрахувати польові й температурні залежності термодинамічних величин широкого класу молекулярних рідин у близькому околі критичної точки (DP<10-3, Dr<10-2, t<10-4), де проведення прецизійних експериментів істотньо ускладнено, а також можуть бути використані при виборі умов найбільш ефективного практичного застосування унікальних властивостей критичного флюїду в новітніх технологіях.

Посилання

Паташинский А.З., Покровский В.А. Флуктуационная теория фазовых переходов. – Москва: Наука, 1982

Стенли Г. Фазовые переходы и критические явления / Пер. с англ. М.: Мир, 1973. – 419 с.

Schofield P. Parametric representation of the equation of state near a critical point // Phys. Rev. Lett.  1969.  V.22. № 12.  P.606.

Schofield P., Lister J.D., Ho J.T. Correlation between critical coefficients and critical exponents // Phys. Rev. Lett.  1969. Vol. 23.– P.1098-1103.

Сверхкритические флюиды: Теория и практика. – Москва, 2008. – Т.3, № 2. – С.1- 101.

Востриков А.А., Федяева О.Н., Фадеєва И.И., Сокол М.Я. Образование наночастиц Al2O3 при окислении алюминия водой при суб- и сверхкритических параметрах // Сверхкритические флюиды. Теория и практика. – Москва, 2010.– Т.5, № 1. – С. 12-25.

Горбатый Ю.Э., Бондаренко Г.В. Сверхкритическое состояние воды // Сверхкритические флюиды: Теория и Практика. – Москва, 2007. – Т.2, № 2. – С.5-19.

Анисимов М.А. Критические явления в жидкостях и жидких кристалах. –М.: Наука, 1987. – 280 с.

Алехин А.Д. Сверхкритический флюид в поле гравитации Земли // Мониторинг. Наука и технологии. – 2011. – № 1(6). – С. 69-78.

Alekxin A.D. Critical indexes for systems of different space dimensionality // Journal of Molecular Liquids. – 2005. – 120. – P.43-45.

Шиманская Е.Т., Шиманский Ю.И. Критическое состояние чистых ве-ществ. Киев: Изд. Киевского университета, 1961. – 40 с.

Булавін Л.А., Гаврюшенко Д.А., Сисоєв В.М. Критичні явища в неоднорідних системах. – Навчальний посібник. – К.: КНУ 1999.– 89 с.

Иванов Д.Ю. Критическое поведение неидеализированных систем. М. Физматлит. – 2003. – 248 с.

Анисимов М.А., Рабинович В.А., Сычев В.В. Термодинамика критического состояния индивидуальных веществ. Москва. Энергоатомиздат. 1990. – 193 с.

Филиппов Л.П. Подобие свойств веществ. Использование теории термодинамического подобия для описания свойств веществ. – Издательство Московского университета, 1978. – 257 с.

Kostrowicka Wyczalkowska A.,Sengers J.V., Anisimov M.A. Critical fluctuations and the equation of state of Van der Waals // Physica A, 2004. – 334. – P. 482-512.

Rogankov Vitaly, Levchenko Valeriy I. Global asymmetry of fluids and local singularity in the diameter of the coexistence curve // Phys. Rev, 2013, E. – Vol. 87, 052141. – P. 1-13

Perry’s Chemical Engeneers’ Handbook, ningth ed. 2019, 5293 P., ISBN: 978-0-07-183409-4

Kleiber Michael Process Engineering, second ed. 2020, 478 P. ISBN 978-3-11-065764-7

Saggion A., Faraldo R., Pierno M. Thermodynamics. Fundamental Principles and Applications. 2019. 444 P. ISBN 978-3-030-26975-3

Алехин А.Д., Дорош А.К., Рудников Е.Г. Критическое состояние вещества в поле гравитации Земли. – Киев: Политехника, 2013, 402 c.

Yaws Carl L. Thermophysical Properties of Chemicals and Hydrocarbons, second ed, 2014. – 991 p.

Алехин А.Д., Остапчук Ю.Л., Рудников Е.Г. Уравнение кривой сосуществования алканов вблизи критической температуры на основе модели ван-дер-Ваальса // Журнал Физической Химии, 2011. – № 4. – C. 613–617.

Alekhin A.D., Abdikarimov B. Zh., Rudnikov E.G., Kovalchuk V.I. Extended equation for the coexistence curve of molecular liquids in the vicinity of a critical point // Russian Journal of Physical Chemistry 2017. – A 91. – P. 1401–1407.

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 // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1996. – 25, 6. – P. 1509-1596.

Younglove, B.A. Thermophysical Properties of Fluids. I. Argon, Ethylene, Parahydrogen, Nitrogen, Nitrogen Trifluoride, and Oxygen. // J. Phys. Chem. Ref. Data, 1982. – Vol. 11, Suppl. 1. – P. 1-11.

Wagner W., Pruss A. The IAPWS Formulation 1995 for the Thermodynamic Properties of Ordinary Water Substance for General and Scientific Use // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2002. – 31, 2. – P. 387-535.

Span, R. and Wagner, W. Equations of State for Technical Applications. II. Results for Nonpolar Fluids // Int. J. Thermophys., 2003. – 24(1). – P. 41-109.

Span, R. and Wagner, W. Equations of State for Technical Applications. III. Results for Polar Fluids // Int. J. Thermophys., 2003. – 24(1). P. 111-162.

30. Sun, L. and Ely, J.F., Universal equation of state for engineering application: Algorithm and application to non-polar and polar fluids // Fluid Phase Equilib. 2004. – 222-223. – P. 107-118.

Buecker, D. and Wagner, W. A Reference Equation of State for the Thermodynamic Properties of Ethane for Temperatures from the Melting Line to 675 K and Pressures up to 900 MPa // J. Phys. Chem. Ref. Data, 2006. – 35(1). – P. 205-266.

Lemmon, E.W. and Span, R., Short Fundamental Equations of State for 20 Industrial Fluids // J. Chem. Eng. Data, 2006. – 51. – P. 785-850.

Thol Monika, Lemmon Eric W., Span Roland Equation of state for benzene for temperatures from the melting line up to 725K with pressures up to 500MPa // High Temperatures-High Pressures, 2010. – Vol. 41. – P. 81–98.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-03-26

Номер

Розділ

Теплофізика дисперсних систем