A New Non-Extensive Equation of State for the Fluid Phases of Argon, Including the Metastable States, from the Melting Line to 2300 K and 50 GPa - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Fluids Année : 2024

A New Non-Extensive Equation of State for the Fluid Phases of Argon, Including the Metastable States, from the Melting Line to 2300 K and 50 GPa

Nouvelle équation d'état non extensive pour les phases fluides de l'argon, incluant les états métastables, de la ligne de fusion à 2300 K et 50 GPa

André Denat
  • Fonction : Auteur
Ferdinand Volino
  • Fonction : Auteur

Résumé

A new equation of state for argon was developed with the view of extending the range of validity of the equation of state previously proposed by Tegeler et al. and obtaining a better physical description of the experimental thermodynamic data for the whole fluid region (single-phase, metastable, and saturation states). As proposed by Tegeler et al., this equation is also based on a functional form of the residual part of the reduced Helmholtz free energy. However, in this work, the fundamental equation for Helmholtz free energy was derived from the measured quantities CV(ρ, T) and P(ρ, T). The empirical description of the isochoric heat capacity CV(ρ, T) was based on an original empirical description explicitly containing the metastable states. The thermodynamic properties (internal energy, entropy, and free energy) were then obtained by combining the integration of CV(ρ, T). The arbitrary functions introduced by the integration process were deduced from a comparison between calculated and experimental pressure P(ρ, T) data. The new formulation is valid for the whole fluid region from the melting line to 2300 K and for pressures up to 50 GPa. It also predicts the existence of a maximum of the isochoric heat capacity CV along isochors, as experimentally observed in several other fluids. For many applications, an approximate form of the equation of state for the liquid phase may be sufficient. A Tait–Tammann equation is therefore proposed between the triple-point temperature and 148 K.
Une nouvelle équation d'état pour l'argon a été développée en vue d'étendre le domaine de validité de l'équation d'état proposée précédemment par Tegeler et al. et d'obtenir une meilleure description physique des données thermodynamiques expérimentales pour l'ensemble du domaine des états fluides (états monophasique, métastable et de saturation). Comme celle proposée par Tegeler et al, cette équation est également basée sur une forme fonctionnelle de la partie résiduelle de l'énergie libre de Helmholtz adimensionnalisée. Cependant, dans ce travail, l'équation fondamentale de l'énergie libre de Helmholtz a été dérivée des quantités mesurées CV(ρ, T) et P(ρ, T). La description empirique de la capacité thermique isochore CV(ρ, T) a été basée sur une description empirique originale contenant explicitement les états métastables. Les propriétés thermodynamiques (énergie interne, entropie et énergie libre) ont ensuite été obtenues en combinant l'intégration de CV(ρ, T). Les fonctions arbitraires introduites par le processus d'intégration ont été déduites d'une comparaison entre les données de pression P(ρ, T) calculées et expérimentales. La nouvelle formulation est valable pour l'ensemble de la région fluide, de la ligne de fusion à 2300 K, et pour des pressions allant jusqu'à 50 GPa. Elle prédit également l'existence d'un maximum de la capacité thermique isochore CV le long des isochores, comme cela a été observé expérimentalement dans plusieurs autres fluides. Pour de nombreuses applications, une forme approximative de l'équation d'état pour la phase liquide peut être suffisante. Une équation de Tait-Tammann est ainsi proposée entre la température du point triple et 148 K.

Dates et versions

hal-04558601 , version 1 (25-04-2024)

Identifiants

Citer

Frédéric Aitken, André Denat, Ferdinand Volino. A New Non-Extensive Equation of State for the Fluid Phases of Argon, Including the Metastable States, from the Melting Line to 2300 K and 50 GPa. Fluids, 2024, 9 (5), pp.102. ⟨10.3390/fluids9050102⟩. ⟨hal-04558601⟩
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