1-10000 K arasındaki düşük yoğunluklu He3, He4, eşdeğer karışımının termofizik özelliklerinin ve ikinci virial değerlerinin hesaplanması

Soğutma endüstrisinde, magnetohitrodinamik güç sistemlerinde, bazı tip yarıiletkenlerinüretiminde, elektriksel güç üretme sistemlerinde ve itme gücüyle çalışan yakıt sistemlerindekullanılan akışkanlardan bazıları ozon tahrip edici olduklarından (kloroflorokarbon vetürevleri) kullanım için elverişli değillerdir. Bunlardan bazıları da moleküler yapılarınedeniyle ozon tahrip edici olmadıklarından çevre kirliliği açısından kullanıma dahaelverişlidirler. Bu nedenle ozon tahrip edici gazların yerine, günümüzde yukarıda bahsedilenteknolojik ve bilimsel çalışmalarda soğutucu ve itici akışkanlardan olan 3He, 4He veyabunların eşdeğer karışımlarının kullanılması çalışmaları başlatılmıştır. Bu çalışmalardoğrultusunda varılan bazı sonuçlara göre 3He, 4He veya bunların eşdeğer karışımlarının çokdüşük sıcaklık aralığında kullanılabileceği gibi, yüksek sıcaklık (104 K gibi) aralığında dakullanılabileceği araştırmacılarca belirtilmiştir.3 4Günümüzde, He, He veya bunların eşdeğer karışımlarının teknolojik ve bilimselaraştırmalarda kullanılabilmeleri için, termofiziksel özelliklerinin duyarlı ve belirsizliği enÖZET(devam ediyor)az olacak şekilde belirlenmesi gerekir. Bu nedenle, bu akışkanların termofiziksel özelliklerinbelirlenmesinde kullanılan kuantum mekaniksel Ω (n, s ) çarpışma integrali bağıntısının vetermodinamik fonksiyonların hesaplanmasında kullanılan kuantum mekaniksel ikinci virialB(T) bağıntısının da duyarlı olarak belirlenmesi gerekmektedir. Bu yapılan çalışmalarda 3He,41-104 K arasındakiHe ve bunların eşdeğer karışımlarından oluşan akışkanlarıntermofiziksel özelliklerinin ve termodinamik fonksiyonlarının doğru ve belirsizliklerinin en azolacak şekilde bulunması ve hesaplanmasını amaçlamaktadır.Yapılan bu çalışmada, akışkanların termofiziksel özelliklerinin hesaplanmasında kullanılanΩ (n,s ) (T) çarpışma integrali bağıntısının elde edilmesi için iki yöntem kullanılmıştır. Birinciyöntem, yalnızca düşük yoğunluklu 4He için, klasik kuantum mekaniksel Ω (n,s ) (T ) çarpışmaintegrali bağıntısı kullanılarak yapılan hesaplama yöntemidir. Bu hesaplamalar sonucunda 1-104 K sıcaklık aralığı için teorik Ω (n,s ) (T ) çarpışma integrali değerleri elde edilmiştir. İkinciyöntem ise, 4He, 3He ve eşdeğer karışımlarından oluşan her bir akışkan için sonuçlarıdeneysel sonuçlara da uyan 1-104 K sıcaklık aralığında, duyarlı ve belirsizliği en az olan, ayrıayrı çarpışma integralleri önerilerek yapılan hesaplama yöntemidir. Bu hesaplamayönteminde, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak önerilen duyarlı ve belirsizliği en az olançarpışma integralleri, literatürde deneysel ve standart olarak kabul edilen ab initio hesapsalverilere fit edilerek belirlenmiştir. Yapılan bu her iki hesaplama sonucunda 1-104 K sıcaklıkaralığında düşük yoğunluktaki ele alınan her akışkan ve eş karışımları için önerilen Ω (n,s ) (T)çarpışma integrali bağıntısı kullanılarak, viskozite η(T), termal iletkenlik λ(T) ve kütledifüzyon katsayısı D(T) teorik değerleri elde edilmiştir.Bu çalışmada, 3He, 4He ve eşdeğer karışımlarına ait ve termodinamiksel fonksiyonlardanolan, iç enerji değişimi (∆U), entalpi değişimi (∆H), entropi değişimi (∆S), sabit hacimdeki ısıkapasitesi (∆Cv), sabit basınçtaki ısı kapasitesi (∆Cp), Joule-Thomson katsayısı (µ) ve akışkaniçindeki ses Hızı (c) nın hesaplanabilmesinde kullanılan, 1-104 K kadar geçerli olan veincelenen akışkanın her biri için ayrı ayrı olacak şekilde B(T) ikinci virial terimi bağıntılarıönerilmiştir. Ayrıca B(T) ikinci virial bağıntıları önerilirken, bu bağıntıların sıcaklığın birfonksiyonu olduğu fiziksel olgusu göz önüne alınmış ve buna göre, 4He, 3HeÖZET(devam ediyor)ve eşdeğer karışımları için sıcaklığın analitik fonksiyonu olan dört değişik tipte ikinci virialterimi önerilmiştir.Sonuç olarak, çizelgelerden de görüleceği üzere önerilen termofizik yarı hesapsal ifadeler,literatürdeki pek çok önerilen yarı hesapsal ifadelerin katsayılarından daha az katsayılıolmasıyla birlikte daha hassas sonuçlar elde edilmiştir. Önerilen bu ifadelerin hassasiyetiyanında, literatürdeki pek çok önerilen ifadeden daha kullanışlı ve anlaşılır olmasıbakımından önemlidir.İkinci virial katsayıları, hal denklemi, Termofizik, Termodinamik,Anahtar Sözcükler:akışkanlarda ses hızı, Helyum, viskozite, ısı iletkenliği, kütledifüzyon katsayısı.Bilim Kodu: 4040301