ГСССД 190-2000
Таблицы стандартных справочных данных. Вода. Скорость звука при температурах 0…100 градусов Цельсия и давлениях 0,101325…100 МПа

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ И МЕТРОЛОГИИ (ГОССТАНДАРТ РОССИИ) ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА СТАНДАРТНЫХ СПРАВОЧНЫХ

А. А. Александров, В.А. Белогольский, В.И. Левцов, Л.М. Саморукова, С.С. Секоян, С.Р. Стефанов

Вода. Скорость звука при температурах 0...100 °С и давлениях 0,101325..Л00 МПа

ГСССД 190-2000

Москва - 2000

РАЗРАБОТАНЫ ГП ’’ВНИИФТРИ” и Московский энергетический институт (технический университет)

АВТОРЫ : д - р техн. наук А.А. Александров, В.А. Белогольский, канд. техн. наук В.И. Левцов, Л.М. Саморукова, канд. техн. наук С.С. Секоян, канд. техн. наук С.Р. Стефанов

РЕКОМЕНДОВАНЫ К АТТЕСТАЦИИ Российским национальным комитетом Международной ассоциации по свойствам воды и водяного пара

ОДОБРЕНЫ экспертной комиссией в составе:

д-ра техн. наук В.В. Рощупкина, д-ра техн. наук Л.Р. Фокина,

С.Н. Скородумова, канд. техн. наук П.В. Попова

УВЕРЖДЕНЫ Государственным комитетом Российской Федерации по стандартизации и метрологии ”18” декабря 2000 г. протокол № 164

ДЕПОНИРОВАННАЯ РУКОПИСЬ

УДК 546.212:534.22 (08)

Таблицы стандартных справочных данных ГСССД 190 - 2000. Вода. Скорость звука при температурах 0... 100 °С и давлениях 0,101325... 100 МПа/Александров А.А., Белогольский В.А, Левцов В.И. и др.; Всеросс. науч. - иссл. центр стандартизации, информации и сертификации сырья, материалов и веществ Госстандарта РФ. - 2000. 12с.: Ил.: - Библиогр. -17 назв.-Рус. - Деп. во ВНИЦСМВ \i ЛЬ.ЮООг_f

Таблицы содержат значения термодинамической скорости распространения звука в нормальной, деаэрированной воде при температурах от 0 до 100 °С и при давлениях от атмосферного до 100 МПа.

А. Александров .А. Белогольский В.И^Левцов

Таблицы стандартных справочных данных

ВОДА. СКОРОСТЬ ЗВУКА ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ    ГСССД

от 0 до 100*С И ДАВЛЕНИЯХ от 0,101325 до 100 МПа    190 -2000

Взамен ГСССД 117-88

Tables of Standard Reference Data    GSSSD

Ordinary water. Sound velocity in the    190    -    2000

temperature range 0 to 100 ®C and the    Instead    of

pressure range 0,101325 to 100 MPa    GSSSD    117-88

Аннотация

Настоящие таблицы стандартных справочных данных содержат значения термодинамической скорости распространения звука в нормальной, деаэрированной, дистиллированной (ГОСТ 6709 -72) воде при температурах от 0 до 100°С и при давлениях от атмосферного до 100 МПа.

Таблицы составлены на основе уравнения, полученного в результате статистической обработки    массива имеющихся    в    литературе

экспериментальных данных, основу которого составляют значения скорости звука, измеренные в ГП «ВНИИФТРИ» с помощью рабочего эталона нулевого разряда УВТ-90-А-96.

Погрешности табличных значений определены в соответствии с ГОСТ 8.381-80. Средняя квадратическая погрешность значений скорости звука при атмосферном давлении составляет 0,02 м/с, а величины средней квадратической погрешности значений скорости звука при повышенных давлениях, изменяющиеся в зависимости от температуры и давления от 0,03 до 0,25 м/с, представлены в отдельной таблице.

Таблицы стандартных справочных данных

ВОДА. СКОРОСТЬ ЗВУКА ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ    ГСССД

от 0 до Ю0°С И ДАВЛЕНИЯХ от 0,101325 до 100 МПа    190-2000

Взамен ГСССД П 7-88

Tables of Standard Reference Data    GSSSD

Ordinary water. Sound velocity in the    190    -    2000

temperature range 0 to 100 *C and the    Instead    of

pressure range 0,101325 to 100 MPa _GSSSD    117-88

Применение стандартных справочных данных обязательно во всех отраслях народного хозяйства

Вводная часть

Настоящие таблицы стандартных справочных данных содержат значения термодинамической скорости распространения звука в нормальной, деаэрированной, дистиллированной (ГОСТ 6709 -72) воде при температурах от 0 до 100°С и при давлениях от атмосферного до 100 МПа

Уравнение, описывающее зависимость скорости распространения звука от температуры и давления принятое для построения этих таблиц в предыдущем издании [1], базировалось на совокупности высокоточных и хорошо согласующихся между собой экспериментальных данных для атмосферного давления (2 -6] и данных работ (6 -10] для высоких давлений, признанных наиболее надежными из экспериментальных исследований в этой области параметров, полный список которых приведен в [1]. Несколько позже в 1994 г. автор работы [10] указал на необходимость корректировки приведенных в ней значений и предложил поправочную формулу для диапазона температур от 0 до15^вС и давлений до 100 МПа [11].

В последующие годы в ГП "ВНИИФТРИ" был разработан метод [12,13] и создан рабочий эталон нулевого разряда (УВТ -90 -А -96) для воспроизведения единицы скорости звука в дистиллированной воде в диапазоне температур 0 40°С и избыточных давлений 0 60 МПа. [14]. С помощью него были проведены систематические измерения скорости звука в дистиллированной воде во всей этой области параметров [15]. Полученные значения для атмосферного давления согласуются с величинами [1,2], а также с полученными несколько

позже данными [16], в пределах погрешности эталона. При повышенных давлениях отклонения табличных величин [1] в некоторых местах превышают эту погрешность.

Указанные обстоятельства и введение новой Международной температурной шкалы 1990 г. (МТШ-90) обусловили необходимость корректировки таблиц [1].

В дальнейшем использованы следующие условные обозначения: w - скорость распространения звука в воде, м/с; р - давление, МПа; t - температура, *С (МТШ-90); я = р-0,101325; т = t /100;

Aw - абсолютная средняя квадратическая погрешность, м/с.

Методическая часть При разработке настоящих таблиц сохранена структура уравнения, принятая в [1], и часть его, описывающая скорость звука при атмосферном давлении, оставлена такой же как и в [1] с коррекцией лишь на температурную шкалу МТШ-90. При получении уравнения для области высоких давлений в качестве исходных величин использованы новые данные, полученные в ГП «ВНИИФТРИ» для дистиллированной воды на рабочем эталоне нулевого разряда УВТ-90-А-96 [15], и данные работ (6, 8,11], относящиеся к температурам и давлениям более высоким, чем исследованы в [15]. После проверки согласованности исходных величин по изотермам и изобарам, им приданы статистические веса, соответствующие погрешностям их экспериментального измерения, и коэффициенты уравнения определены с помощью метода наименьших квадратов с учетом их значимости.

Основой оценки погрешности табличных значений скорости звука в воде при атмосферном давлении является средняя квадратическая погрешность, полученная обычным методом расчета погрешности линейной функции при статистической обработке исходных экспериментальных данных. Однако, имея в виду возможное влияние на скорость звука способов приготовления образцов воды, на что указывается, например, в [17], и отсутствие надежных данных для учета такого влияния, значение погрешности получено удвоением результата статистического расчета. Средние квадратические погрешности табличных

значений скорости звука в воде при повышенных давлениях получены на основе экспертной оценки и анализа их согласования с экспериментальными данными.

Основная часть.

При температурах от 0 до 100°С и при давлениях от давления насыщения и до 100 МПа скорость распространения звука в воде w описывается уравнением, полученным в результате обработки наиболее достоверных экспериментальных данных с учетом их статистических весов

j    >    з

1-0    1-1    J-I

где a,j - коэффициент при члене уравнения, содержащем т в степени i и я в степени j

Первая сумма в правой части этого уравнения передает значения скорости звука при нормальном (0,101325 МПа) атмосферном давлении и при проведении расчетов для этого давления вторая сумма может быть отброшена.

Коэффициенты а^ в уравнении определялись методом наименьших квадратов при использовании указанных выше массивов исходных данных Значения их приведены в табл. 1.

В табл. 2 приведены рассчитанные по уравнению значения скорости распространения звука в воде при атмосферном давлении. При этом значение , указанное для температуры t =100°С, является экстраполированным значением для жидкой фазы, так как в шкале МТШ-90 температура насыщения воды при атмосферном давлении 0,101325 МПа равна 99,974°С и при температуре 100®С

вода находится в паровой фазе. Средняя квадратическая погрешность значений скорости звука, приведенных в табл. 2, равна 0,02 м/с.

Значения скорости звука в воде при повышенных давлениях , рассчитанные по уравнению, приведены в табл. 3. Средние квадратические погрешности этих значений указаны в табл. 4.

Список литературы

1 Вода. Скорость звука при температурах 0.. .100 °С и давлениях. 0.101325...100 МПа. ГСССД 117 -88. Изд-во стандартов. -1989. -19стр.

2.    Del Grosso V, A.. Mader С. W. Speed of sound in pure water. J. Acoust. Soc. Amer. - 1972. - Vol. 52. - N 5. - P. 1442-1446.

3.    Del Grosso V. A. Sound speed in pure water and sea water. J. Acoust. Soc, Amer. - 1970. - Vol. 47. - P. 947-949,

4.    Barlow A. J. , Yazgan E, Phase -change method for measurements of ultrasonic wave velocity and determination of the speed of sound in water, Brit. J. Appl. Phys. - 1966. - Vol. 17. " P. 807-819.

5.    Kroebel W., Mahrt К. H. Recent results of absolute sound velocity measurements in pure water and sea water at atmospheric pressure. Acoustica. - 1976. -Vol. 35.-P. 154-164.

6.    Александров А. А., Ларкин. Д. К. Экспериментальное определение скорости ультразвука в воде в широком диапазоне температур и давлений. Теплоэнергетика.-1976. - N. 2. - С. 75-78.

7.    Barlow A. J. , Yasgan Е. Pressure dependence of the velocity of sound in water as a function of temperature. Brit. J. Appl. Phys. - 1967. - Vol. 18. - P. $45-651.

8.    Александров A. A. , Кочетков А. И. Экспериментальное определение скорости ультразвука в воде при температурах 266-423 К и давлениях до 100 МПа. Теплоэнергетика. - 1979. - N. 9. - С. 65-66.

9.    Wilson У. D. Speed of sound in distilled water as a function of temperature and pressure. J. Acoust. Soc. Amer, - 1959. - Vol. 51. - N. 8. - P. 1067-1072.

10.    Chen-Tung Chen. Millero F. J, Reevaluation of Wilson's sound speed measurements for pure water. J. Acoust, Soc. Amer, - 1976, — Vol. 60. - N 6. - P. 1270-1273;

11.    Millero F.J., Xu L. Comments on equations for the speed of sound in seawater. J. Acoust. Soc. Am. - 1994. - V. 95. - N 5. - Pt. 1. - P. 2757-2759.

12.    Белогольский B,A., Саморукова Л. M. Анализ временной задержки импульсных преобразователей скорости звука. Метрологические проблемы гидрофизических и гидроакустических измерений. Сборник научных трудов. Москва. 1990 г.

13.    Белогольский В, А., Оводов Г. И., Саморукова Л. М., Левцов В. И., Власов Ю.Н. Времяпролетный способ определения скорости звука в жидкой среде и устройство для его реализации. Заявка на патент РФ N 92-000526/28 1992 г. Изобретения. Официальный бюллетень комитета Российской федерации по патентам и товарным знакам,- 1996.-N 35.

14.    Белогольский В.А., Оводов Г,И.„ Саморукова Л. М, Лабораторный комплекс для измерений скорости звука в водных средах. Законодательная метрология. - 1995. - N 6. - С. 20-22.

15.    Белогольский В.А., Секоян С.С., Саморукова Л М. , Стефанов С. Р., Певцов Б. И. Исследование зависимости скорости звука от давления в дистиллированной воде. Измерительная техника. - 1999. -№ 4. -С. 66 -69.

16.    Fujii Ken-ichi, Masui R. Accurate measurements of the sound velocity in pure water by combining a coherent phase -detection technique and a variable path -length interferometer. J. Acoust. Soc. Amer. -1993. -Vol. 93. -№ 1. -P. 276 -282.

17.    Juszkiowicz A.,Kopylowicz J., Kozlowski Z. Measurements of some anomalies in the propagation of ultrasonic waves in pure water. Proc. Congr. of Federation of Acoust. Soc. of Europe, FASE -78. -Warszawa, 1978. -Vol. 1. -p. 25 -