He ve Xe'nun termodinamik özelliklerinin belirlenmesi için önerilen gerçek gaz hal denklemi ve ikinci virial bağıntısı
A real gas equation of state and second virial expression proposed for determination of the thermodynamical properties of He and Xe
Yazar: ALAİDDİN YILMAZ
Danışman: PROF. DR. ETEM KİŞİOĞLU
Zonguldak Karaelmas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2002
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Durum denklemleri = State equations ; Helyum = Helium ; Ksenon = Xenon ; Ses hızı = Sound velocity

Özet:
ÖZET Bilim Uzmanlığı Tezi He ve Xe' NUN TERMODİNAMİK ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ İÇİN ÖNERİLEN GERÇEK GAZ HAL DENKLEMİ VE İKİNCİ VİRİAL BAĞINTISI Alaaddin YILMAZ Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Anabilim Dalı Tez Danışmanı: Prof. Dr. Etem KİŞİOĞLU Ocak 2002,.81 Sayfa Soğutma endüstrisinde ve itici sistemlerde kullanılan ozon tahrip edici akışkanların ozon tabakasına verdiği büyük tahribattan dolayı, bu gazların yerine kullanılabilecek yeni soğutucu ve itici akışkanların bulunması ve bu gazların termofızik özelliklerinin ve termodinamik fonksiyonlarının incelenmesi amacıyla 1987 deki Montreal antlaşması doğrultusunda 1989 da National Institute of Standards and Technology (NIST) de yoğun bir çalışma başlatılmıştır (Gillis, 1994: 821-823) 111Düşük Prandtl sayılarına sahip olmaları nedeniyle He ve Xe gaz karışımları termoakustik soğutucularda kullanılan en uygun gazlar olmaktadır. Bu nedenle bu gazların termofızik özelliklerinin belirlenmesi için hal denklemleri ve ikinci virial denklemlerinin duyarlı bir şekilde ifade edilmesinin büyük önemi vardır. Bu önemden dolayı, bu çalışmada He ve Xe'nun termofızik ve termodinamik özelliklerini içeren duyarlı ses hızı ölçümlerinden ve Burnett cihazı ile yapılan ppT ölçümlerinden yararlanılarak (J.J. Hurly et al., 1996) önce bu iki akışkan için yedinci dereceden yeni bir hal denklemi önerilmiş ve bu hal denklemine ait ikinci virial terimi oluşturulmuştur. Önerilen bu hal denklemi kullanılarak bu iki akışkan için pVT hesaplamaları, yapılmış ve sonuçların Burnett pVT ölçümleriyle duyarlı olarak uyuştuğu görülmüştür. He ve Xe' a ait basınç ve sıcaklığa bağlı denel ses hızı ölçümleri (J.J. Hurly et al., 1996), önerilen hal denkleminden elde edilen ikinci virial ifadesini içeren ses hızı bağıntısıyla hesaplanan ses hızı değerleri, aynı basınç ve sıcaklık değerleri için karşılaştırılmış ve denel değerlerle hesaplanan değerlerin çok iyi bir uyum içinde olduğu görülmüştür. Diğer taraftan, Lennard-Jones (6-12) ve (6-9) moleküller arası potansiyel fonksiyonundan (Hirschfelder et al., 1964) elde edilen otuzar terimli iki farklı virial teriminden hesaplanan ses hızlarıyla, bu çalışmada önerilen altı terimli ikinci virial bağıntısından, He ve Xe için hesaplanan ses hızlan karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda önerilen virial teriminin diğerlerine göre çok daha az terimli olmasına rağmen duyarlı sonuçlar verdiği görülmüştür. Ayrıca, önerilen hal denkleminin kendisi ve türevlerinden (birinci ve ikinci türevleri) yararlanılarak aynı basınç ve sıcaklık değerleri için ses hızı hesaplamaları yapılmış ve yine aynı duyarlı sonuçlar elde edilmiştir. Bu sonuçlara göre önerilen hal denkleminin ve buna ait ikinci virial teriminin He ve Xe'a ait iç enerji değişimi, Joule-Thomson katsayısı ve ısı kapasitesi gibi termodinamik özelliklerin de duyarlı olarak hesaplanmalarında kullanılabileceği görülmüştür. Anahtar Sözcükler: ikinci virial, Hal Denklemi, Ses Hızı, Helium, Xenon. Bilim Kodu: 404.01.01. IV ^gssss»-

Abstract:
ABSTRACT M. Sc. Thesis A REAL GAS EQUATION OF STATE AND SECOND VİRIAL EXPRESSION PROPOSED FOR DETERMINATION OF THE THERMODYNAMICAL PROPERTIES OF HE AND XE Alaaddin YILMAZ Zonguldak Karaelmas University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Physics Thesis Advisor: Prof. Dr. Etem KİŞİO?LU January 2002, 81 pages A very incentive work had been started to invent novel cooling and driving fluids which can be used instead of the ozone destructive fluids that are used in cooling industry and driving systems, and to investigate their thermophysical properties and their thermodynamic functions at National Institute of Standards and Technology (NIST) in 1989 under the framework of Montreal agreement in 1987 (Gillis, 1994: 821-823)Helium-Xenon mixtures are the most commonly used gases in thermoacoustic refrigerators due to having very low Prandtl numbers. Therefore, it is very important to sensitively the equation of state and second virial coefficients for the determination of the thermophysical properties of these gases. Accordingly, in these study, a new seventh order equation of state and second virial term that belongs to the equation of state have been obtained for these two fluids by utilizing the ppT measurements done by Burnett apparatus and by the sensitive speed of sound measurements containing thermophysic and thermodynamic properties of He and Xe (J.J. Hurly et al., 1996). The second virial term belonging to equation of state had been fitted by using the result of the second virial equation of Lennart-Jones (6-12) intermolecular potential function and then the obtained coefficients were employed to the proposed second virial. The obtained a new equation of state by employing the new second virial term to equation of state were fitted with Burnett ppT experimental output and then the coefficients of the proposed equation of state were obtained. pVT calculations based on the obtained equation of state are sensitively in agreement with the experimental data obtained by a Burnett apparatus for these two fluids. Also, the pressure and temperature dependent experimental speed of sound measurements of He and Xe were compared with the speed of sound values that were calculated from speed of sound expression that depends on the second virial coefficient which was derived from the proposed equation of state at the same pressure and temperature values. Experimental values are in good agreement with the calculated values (J.J. Hurly et al., 1996). In addition, the calculated speed of sound values for He and Xe derived from the six terms second virial expression were compared whit the speed of sound values VI Mcalculated from the thirty terms two different virial expression that were derived from the intermolecular potential function Lennard- Jones (6-12) and (6-9). As a result of comparison, it is apparent that although the new second virial expression contains less number of terms compering whit the others, gives also sensitive results. On the other hand, the speed of sound calculation obtained for the same pressure and temperature values by employing the proposed equation of state itself and its derivatives also gave the same sensitive results. As a results, it has been shown that the proposed equation of state and its second virial term can be used for the sensitive calculation of thermodynamic properties of He and Xe, such as Gibbs function, Joule-Thomson coefficient and head capacity etc. Key Words: Second virial, Equation of state, Speed of sound, Helium, Xenon. Science Code: 404.01.01 Vll