Теплофизические свойства смеси разреженных газов на основе модельных потенциалов. Ртуть – гелий.


Просмотр статьи
PDF, 1,0 МБ

Thermophysical Properties of the Mixture of Diluted Gases on the Basis of Model Potentials. Mercury ‒ Helium System.

The mercury – helium mixture are considered as «test-bed » system for transport properties of binary diluted gas mixtures. Three interatomic potentials Hg - Hg, He - He and Hg - He in the ground state were analyzed. For these potentials the collision integrals were calculated, and then based on the ratio of molecular - kinetic theory the transport properties of mercury, helium and a mercury - helium gas mixture were calculated: viscosity, thermal conductivity, coefficients of self- and mutual diffusion of the components. For convenience, in an article on the five isotherms in the range of 300 ÷ 2000 K the tables of properties in the range of concentrations of a mixture of 0.001 ÷ 0.999 are given. The tables also contain the values of the second virial coefficient, thermal diffusion factor, the Prandtl number Pr and the Schmidt number Sc used in modeling heat and mass transfer in gases and gas mixtures. The peculiarities of the behavior of properties on isotherms were considered also

gas mixture, mercury, helium, interatomic potentials, transport properties, Prandtl number


Том 17, выпуск 1, 2016 год



Свойства смеси ртуть – гелий рассматривается как система сравнения при моделировании транспортных свойств бинарных смесей разреженных газов. Проанализированы три межатомных потенциала Hg - Hg, He - He и Hg - He для атомов в основном электронном состоянии. Рассчитаны необходимые интегралы столкновений и затем на базе строгих соотношений молекулярно - кинетической теории рассчитаны транспортные свойства ртути, гелия и смеси ртуть - гелий: вязкость, теплопроводность, коэффициенты само - или взаимной диффузии компонентов. В статье на пяти изотермах в интервале 300 ÷ 2000 K приведены подробные таблицы свойств в интервале концентраций смеси 0.001 ÷ 0.999. Таблицы свойств содержат также значения второго вириального коэффициента, термодиффузионного фактора, а также критериев Прандтля Pr и Шмидта Sс, которые используются при моделировании тепло – и массопереноса в газах и в газовых смесях. Рассмотрены особенности поведения свойств на изотермах в зависимости от состава

смесь газов, ртуть, гелий, межатомные потенциалы, транспортные свойства, число Прандтля


Том 17, выпуск 1, 2016 год



1. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей / Пер. с англ. М.: Изд-во иностр. лит. 1961. 930 с.
2. Физико - химические процессы в газовой динамике. Том 3. Под ред. С.А. Лосева // В.М. Жданов, В.С. Галкин, О.А. Гордеев, И.А. Соколова. М.: Физматлит. 2012 . 213 с.
3. Попов В.Н. Теплофизические свойства ртути на основе модельного потенциала // Теплофиз. высоких температур. 2012. Т. 50. № 5. С. 752‒761.
4. Tang K.T., Toennies J.P. The dynamical polarisability and van der Waals dimer potential of mercury // Molec. Phys. 2008. V. 106. Pp. 1645–1652.
5. Wei L.M., Li P., Qiao L.W., Tang K.T. Corresponding states principle and van der Waals potentials of Zn2, Cd2, and Hg2 // J. Chem. Phys. 2013. V. 139. Pp. 154306 (6).
6. El-Kader M.S.A. Collision-induced light scattering spectra of mercury vapor at different temperatures // Molec. Phys. 2015. V. 113. Pp. 1368‒1377.
7. а) Теплофизические свойства ртути / М.П. Вукалович. А.И. Иванов. Л.Р. Фокин. А.Т. Яковлев. М.: Изд-во стандартов. 1971. 312 с.
б) ГСССД 57-83. Ртуть. Коэффициенты вязкости, теплопроводности. самодиффузии и второй вириальный коэффициент в диапазоне температур 4 ÷ 2000 K при низких давлениях в газообразном состоянии / Л.Р. Фокин. В.Е. Люстерник. М.: Изд-во стандартов. 1985. 15 с.
8. Koch S. Ueber die Reibungsconstante des Quecksilberdampfs und deren Abhangigkeit fon der Temperatur //Ann. Phys. 1885. Bd 25. S. 857–872.
9. Braune S., Basch R., Wentzel W. Uber die inner Reibung einiger Gase und Dampfe // Z. phys. Chem. 1928. Bd A137. S. 447‒457.
10. Люстерник В.Е. Измерение вязкости пара ртути и анализ полученных данных // Теплофиз. высоких температур. 1979. Т. 17. С. 50‒53.
11. Тимрот Д.Л., Середницкая М.А., Беспалов М.С., Трактуева С.А. Измерение вязкости паров ртути методом колеблющегося диска // Теплофиз. высоких температур. 1979. Т. 17. С. 54–57.
12. Зайцева Л.С. Экспериментальное исследование теплопроводности одноатомных газов в широком интервале температур // ЖТФ. 1959. Т.29. С. 427–505.
13. Варгафтик Н.Б., Якуш Л.В. Экспериментальное исследование теплопроводности паров ртути // Теплофиз. высоких температур. 1970. Т.8. С. 1182–1185.
14. Erginoz H., Bonilla C. Thermal conductivity of mercury vapor // Proc. 5th Symp. Thermophys. Prop. NY: ASME. 1970. Pp. 64‒76.
15. Заркова Л., Стефанов Б. Измерение теплопроводности газов и паров до 2500 K // Теплофиз. высоких температур. 1976. Т.14. С. 277–284.
16. Фокин Л.Р., Попов В.Н., Наурзаков С.П. Уравнение состояния и термодинамические свойства насыщенных и перегретых паров ртути до 1650 K и 125 МПа // там же. 2011. Т. 49(6). С. 862– 871.
17. Фокин Л.Р., Попов В.Н., Наурзаков С.П. Уравнение состояния насыщенных и перегретых паров ртути до 1600 K и 100 МПа // Тяжелые жидкометаллические теплоносители в быстрых реакторах. Тезисы. докладов межотр. семинара «Теплофизика - 2010». Обнинск: ГНЦ ФЭИ, 2010. С. 72‒74 (Сборник докладов на CD- диске, Обнинск: ГНЦ ФЭИ, 2010. С 160-175. Портал http://thermophysics.ru)
18. Aziz R.A., McCourt F.R., Wong C.C.R. A new determination of the ground state intermolecular potential for He // Molec. Phys. 1987. V. 61(6). Pp. 1487‒1551.
19. Bich E., Millat J., Vogel E. The viscosity and thermal conductivity of pure monoatomic gases from their normal boiling point up to 5000 K // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1990. V.19. Pp. 1289–1305.
20. ГСССД 138-89. Гелий, неон, аргон. криптон. ксенон. Динамическая вязкость и теплопроводность при атмосферном давлении (0.101325 МПа) в диапазоне температур от нормальных точек кипения до 5000 K / Е. Фогель, М. Миллат, Е. Бих, В.А. Рабинович и др. М.: Изд-во стандартов. 1992. 31 с.
21. Hurly J.J., Mehl J.B. 4He Thermophysical Properties: New Ab Initio Calculations // J. Res. NIST. 2007. V. 112. Pp. 75‒94.
22. Bich E., Hellmann R., Vogel E. Ab initio potential energy curve for the helium atom pair and thermophysical properties for the dilute helium gas. II. Thermophysical standard values for low-density helium // Molec Phys. 2007. V.105 (23-24). Pp. 3035‒3049.
23. Sheng X.W. and Li P. A new modification of the Tang ‒ Toennies potential model to produce a more realistic repulsive wall. http://www.paper.edu.cn. 2015.
24. Цедербег Н.В., Попов В.Н., Морозова Н.А. Термодинамические и теплофизические свойства гелия. Атомиздат. 1969. 274 c.
25. Powers T.R., Cross R.J., Jr. Molecular – beam determination of mercury rare - gas intermolecular potentials // J. Chem. Phys. 1972. V. 56(6). Pp. 3181–3182.
26. van Zee R.D., Blankespoor S.C., Zwier T.S. Spectroscopic studies of the Hg-He and Hg-Ar van der Waals complexes. The Hg vapor fluorescence filter // Chem. Phys. Lett. 1989. V. 158. Pp. 306–311.
27. Koperski J. Study of diatomic van der Waals complexes in supersonic beams // Phys. Reports. 2002. V. 369. Pp. 177‒326.
28. Арефьев К.М., Ремарчук Б.Ф., Галкин А.И. Диффузия паров ртути в газы // Инж.-физ. журнал. 1977. Т. 33(3). С. 495‒500.
29. Крюков Н.А. Взаимодействие атомов ртути с атомами инертных газов. Автореф. дисс. к.ф.-м.н. Л.: ЛГУ, 1983. 16 с.
30. Gardner P.J., Pang P., Preston S.R. Binary gaseous diffusion coefficients of mercury and zink in H2, He, Ar, N2 and CO2 // J. Chem. Eng. Data. 1991. V. 36. P. 265- 268.
31. Czuchaj E., Kronsnicki M. CCSD(T) calculation of the ground-state potential energies for the He-rare-gas van der Waals molecules // J. Phys. B, At. Mol. Opt. Phys. 2000. V. 33. Pp. 5425‒5434.
32. Sladek V., Lukes V., Ilchin M., Biskupic S. Ab initio calculation of structure and transport properties of He…X (X = Zn, Cd, Hg) van der Waals complexes // J. Comput. Chemistry. 2012. V. 33. Pp. 767‒778.
33. Мешков В.В., Попов В.Н., Фокин Л.Р. Коэффициент взаимной диффузии в смеси газов ртуть – аргон // Ж. Физ. химии. 2014. Т. 88(4). С. 694–698.
34. Sheng X.W., Li P., Tang K.T. A combining rule calculation of the ground state van der Waals potentials of the mercury rare-gas complexes // J. Chem. Phys. 2009. V. 130. P. 174310 (9).
35. Storvick T. N., Mason E.A. Determination of diffusion coefficients from viscosity measurements: effect of higher Chapman – Enskog approximations // J. Chem. Phys. 1966. V. 45. Pp. 3752‒3756.
36. Теория тепломассообмена, п/р А. И. Леонтьева. 2е изд. М.: МГТУ им. Э.Н. Баумана, 1997. 352 с.
37. Liu J., Ahlers G. Reyleigh ‒ Benard convection in binary-gas mixtures: Thermophysical properties and the onset of convection // Phys. Rev. E. 1997. V. 55. Pp. 6950‒695.
38. Taylor W. Algorithms and FORTNAN programs to calculate classical collision integrals for realistic intermolecular potential. Mound Lab. US, 1979.
39. Славинская Н.А., Соколова И.А., Фокин Л.Р. Интегралы столкновений для потенциала Леннард ‒ Джонса (6-6) // Матем. моделирование. 1998. Т. 10. № 5. С. 3‒9.
40. Бурцев С.А., Кочуров Д.С., Щеголев Н.Л. Исследование влияния доли гелия на значение критерия Прандтля газовых смесей // ЭЖ. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 5. C. 314–329 (http://technomag.bmstu.ru/doc/71081.html)
41. Марков А.А. Тепло- и массоперенос в субмикронных порах при движении теплового фронта в канале. Препринт № 1108. М.: ИПМ им. А.Ю. Ишлинского РАН, 2015. 44 с.