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

t,°C	Давление р, МПа
	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
0	1409,83	1417,60	1425,56	1433,68	1441,95	1450,36	1458,90	1467,56	1476,33	1485,20
10	1455,03	1463,04	1471,15	1479.36	1487,65	1496,01	1504.45	1512,95	1521.51	1530,11
20	1490.36	1498,58	1506,84	1515,15	1523,48	1531,85	1540,25	1548,66	1557.10 1584.71	1565.55
30	1517.39	1525,81	1534,23	1542,65	1551,07	1559,49	1567,91	1576,31		1593,10
40	1537,37	1546,01	1554,61	1563,19	1571,74	1580,26	1588,75	1597,21	1605,64	1614,05
50	1551,32	1560,21	1569,03	1577,81	1586,53	1595,20	1603,82	1612,39	1620,91	1629,39
60	1560,05	1569,22	1578,31	1587,32	1596,26	1605,12	1613,92	1622,65	1631,32	1639,93
70	1564.19	1573.68	1583,06	1592,35	1601,55	1610,65	1619,67	1628,61	1637.47	1646.25
80	1564,24	1574,07	1583,78	1593,38	1602,87	1612,26	1621,54	1630,72	1639,80	1648,80
90	1560,58	1570,78	1580,84	1590,77	1600,58	1610,27	1619,85	1629,31	1638,66	1647,91
100	1553,56	1564,11	1574,52	1584,80	1594,95	1604,97	1614,86	1624,64	1634,29	1643,84

Продолжение табл. 3

t,°C Давление р, МПа 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 1494,15 1503,17 1512,25 1521,39 1530,56 1539,76 1548,98 1558,20 1567,41 1576,60 10 1538,76 1547,44 1556,14 1564,87 1573,61 1582,36 1591,10 1599,84 1608,56 1617,25 20 1574,01 1582,48 1590,96 1599,43 1607,89 1616,35 1624,79 1633,21 1641,61 1649,99 30 1601,48 1609,85 1618,20 1626,53 1634,84 1643,13 1651,40 1659,65 1667,87 1676,06 40 1622,42 1630,76 1639,08 1647,36 1655,62 1663,84 1672,04 1680,21 1688,34 1696.45 50 1637,83 1646,22 1654,57 1662,88 1671,14 1679,38 1687,57 1695.73 1703,86 1711,95 60 1648,48 1656,97 1665,41 1673,79 1682,13 1690,42 1698,67 1706,88 1715,05 1723,18 70 1654,96 1663,60 1672,17 1680,68 1689,13 1697,53 1705.87 1714,16 1722,41 1730,61 80 1657.71 1666,54 1675,29 1683,96 1692,56 1701,10 1709,57 1717,98 1726,34 1734,65 90 1657,06 1666,12 1675,08 1683,96 1692.75 1701,47 1710,11 1718,68 1727,18 1735,62 100 1653,27 1662,60 1671,83 1680,96 1689,99 1698,93 1707,79 1716,55 1725,24 1733,85

Таблица 4. Средняя квадратическая погрешность значений скорости звука в воде при повышенных давлениях

t,°C Aw, м/с, при давлении р, МПа 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0,04 0,05 0,06 0,07 0.08 0.09 0,15 0,17 0,20 0,24 10 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0.08 0,13 0.15 0,18 0,22 20 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0.08 0,12 0,14 0,17 0,20 30 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,11 0,13 0,16 0,18 40 0,03 0.04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,12 0,14 0,17 0,20 50 0,05 0,06 0,07 0,08 0,08 0,10 0,14 0,16 0,18 0,21 60 0,06 0,07 0.08 0.09 0,10 0,11 0,15 0,17 0,19 0,22 70 0,06 0,07 0.08 0.09 0,10 0,11 0.15 0.17 0,19 0,22 80 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0.11 0,15 0.17 0,19 0,22 90 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,17 0,19 0,21 0,24 100 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0И5 0,19 ML ML ML

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.

Таблица 1. Числовые значения коэффициентов a,j

. • 1 Г=о j=l j=2 j-з 0 1402.3874 149,94347 39,695230 -15,235495 1 503,83617 81,039755 -200,48177 66,311236 2 -581,17292 -111,69791 328,56051 -105,55834 3 334,63882 172,922898 -334,0451345 105,03105 4 -148,25967 -76,999585 137,256278 -45,780857 5 31,658502 . - - степень х в уравнении ** степень я в уравнении

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 -

Таблица 2. Значения скорости звука при атмосферном давлении (0,101325 МПа) w,m/c

t°C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1402,39 1407,37 1412,23 1416,99 1421,63 1426,17 1430,60 1434,92 1439,14 1443,26 10 1447,28 1451,20 1455,03 1458,76 1462,40 1465,94 1469,40 1472,77 1476,05 1479,25 20 1482,36 1485,39 1488,33 1491,20 1493,99" 1496,70 1499,34 1501,90 1504,39 1506,80 30 1509,14 1511,42 1513,62 1515,76 1517,82 1519,83 1521,76 1523,64 1525,45 1527,19 40 1528,88 1530,51 1532,07 1533,58 1535,03 1536,42 1537,76 1539,04 1540,27 1541,44 50 1542,57 1543,63 1544,65 1545,61 1546,53 1547,39 1548,21 1548,98 1549,70 1550,37 60 1551,00 1551,58 1552,11 1552,60 1553,04 1553,44 1553,80 1554,11 1554,39 1554,61 70 1554,80 1554,95 1555,06 1555,12 1555,15 1555,13 1555,08 1554,99 1552,04 1554,86 1551,55 1554,69 1551,02 80 1554,49 1554,25 1553,97 1553,65 1553,30 1552,91 1552,49 90 1550,46 1549,87 1549,24 1548,59 1547,89 1547,17 1546,42 1545,63 1544,81 1543,97 100 1543,09 - - - - - - - - -