Measurement of Viscosity and Density of the Mixtures Nitrogen-Carbon Dioxide and Methane-Etane and of the Pure Fluids Carbon Dioxide and Ethane
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses geförderten Projekts sind Viskosität und Dichte von Kohlendioxid, Stickstoff, Methan und Ethan sowie von je drei binären Kohlendioxid/Stickstoff und Methan/Ethan Gemischen in einem Temperaturbereich von (253 bis 473) K vermessen worden. Dazu kamen sowohl eine Niederdruck-Viskositätsmessanlage (NDVMA), welche für einen Druckbereich bis zu 2 MPa ausgelegt ist, als auch eine kombinierte Viskositäts-Dichtemessanlage (VDMA), mit welcher bis zu einem Druck von 20 MPa gemessen werden kann, zum Einsatz. Die mit der NDVMA erzielten Messunsicherheiten reichen dabei von (0,14 bis 0,54)% (k = 2), mit der VDMA konnten für die Viskosität Messunsicherheiten zwischen (0,26 und 0,63)% (k = 2) realisiert werden. Für die VDMA reichen die erweiterten Messunsicherheiten in der Dichte (k = 2) von 0,05 % bei hohen Dichten bis zu einigen Prozent im Bereich des Umgebungsdruckes. Die Messwerte der NDVMA konnten dazu genutzt werden, mit geringen Unsicherheiten die Nulldichteviskositäten der gemessenen Stoffe zu bestimmen. Diese stellen eine wichtige Grundlage für das Erstellen von Viskositätskorrelationen dar und konnten zur Verifizierung von Literaturwerten für die Nulldichteviskosität aus ab initio Berechnungen genutzt werden. Insbesondere in dem Temperaturbereich unterhalb von Umgebungstemperatur konnte durch die Messungen die Datenlage für die gemessenen Stoffe deutlich verbessert werden. Im Bereich der Umgebungstemperatur konnten die in der Literatur vorhandenen Referenzwerte mit sehr guten Übereinstimmungen bestätigt werden. Weiterhin liegen durch die Messungen nun qualitativ hochwertige und umfangreiche Messdatensätze für die Viskosität der Stoffsysteme Kohlendioxid/Stickstoff und Methan/Ethan vor. Diese Daten sind insbesondere für die (Weiter-) Entwicklung und Verifizierung von Modellen zur Vorhersage von Gemischviskositäten von großer Bedeutung. Zusätzlich zu den Messungen wurde hierzu bereits ein Viskositätsmodell von Hendl und Vogel (1995), welches speziell für binäre Gasgemische bei geringen Dichten entwickelt wurde, an die Messdaten der NDVMA angepasst. Hier konnten durch die Anpassung von insgesamt 15 Parametern je Stoffsystem alle Messwerte innerhalb ihrer einfachen Standardunsicherheit (k = 1) wiedergegeben werden.
Publications
- “Combined Viscosity and Density Measurements in the Temperature Range from 253 K to 473 K at Pressures up to 20 MPa”, 18th Symposium on Thermophysical Properties, Boulder, CO, USA, Juni 2012
M. Schäfer, M. Richter, R. Span
- „An Apparatus for the Gravimetric Preparation of Gas Mixtures”, Thermodynamik-Kolloquium, Potsdam, Deutschland, Oktober 2012
M. Schäfer, R. Wegge, M. Richter, R. Span
- „Measurements of the Viscosity of Carbon Dioxide at Temperatures from (253.15 to 473.15) K with Pressures up to 1.2 MPa”, The Journal of Chemical Thermodynamics, 89:7-15 (2015)
M. Schäfer, M. Richter, R. Span
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jct.2015.04.015) - „Messung der dynamischen Viskosität von Kohlendioxid bei Temperaturen von (253 bis 473) K und Drücken bis 1,2 MPa“, Thermodynamik-Kolloquium, Bochum, Deutschland, Oktober 2015
M. Schäfer, K. Humberg, M. Richter, R. Span
- „Messung der dynamischen Viskosität von Kohlendioxid-Stickstoff-Gemischen bei Temperaturen von (253 bis 473) K und Drücken bis 2 MPa“, Thermodynamik-Kolloquium, Kaiserslautern, Deutschland, Oktober 2016
K. Humberg, M. Richter, R. Span
- “Viscosity Measurements of pure N2, CO2 and their Mixtures over wide Density and Pressure Ranges”, European Conference on Thermophysical Properties (ECTP), Graz, Österreich, September 2017
K. Humberg, M. Richter, J.P.M. Trusler, R. Span
- „Messung der dynamischen Viskosität von Methan-Ethan-Gemischen bei Temperaturen von (253,15 bis 473,15) K und Drücken bis 2 MPa“, Thermodynamik-Kolloquium, Dresden, Deutschland, September 2017
K. Humberg, M. Richter, R. Span
- “Combined Measurement of Viscosity and Density over wide Temperature and Pressure Ranges”, IATP (International Association for Transport Properties) Meeting, Boulder, CO, USA, Juni 2018
K. Humberg, M. Richter, J.P.M. Trusler, R. Span
- “Viscosity Measurements of the Methane/Ethane System over wide Density and Temperature Ranges”, 20th Symposium on Thermophysical Properties, Boulder, CO, USA, Juni 2018
K. Humberg, M. Richter, J.P.M. Trusler, R. Span
- „Measurements and Modeling of the Viscosity of (Nitrogen + Carbon Dioxide) Mixtures at Temperatures from (253.15 to 473.15) K with pressures up to 2 MPa”, The Journal of Chemical Thermodynamics, 120:191-204 (2018)
K. Humberg, M. Richter, J.P.M. Trusler, R. Span
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jct.2018.01.015) - „Viskositäts- und Dichtemessungen von Methan und Ethan über einen weiten Temperatur- und Druckbereich“, Thermodynamik-Kolloquium, Kassel, Deutschland, September 2018
K. Humberg, M. Richter, R. Span
