Instrument development and speed of sound measurements in hydrogen-rich mixtures

Die Schallgeschwindigkeit dient als Zustandsgröße aufgrund der Messbarkeit mit vergleichsweise geringer Unsicherheit als verlässliche Größe zur Entwicklung von Fundamentalzustandsgleichungen, welche der Auslegung und Optimierung von energie- und verfahrenstechnischer Prozesse dienen. Vor diesem Hintergrund wurde eine Messapparatur entwickelt und aufgebaut. Schallgeschwindigkeitsmessungen in einem (H\(_2\) + CH\(_4\)) Gemisch (Stoffmengenanteil von H\(_2\): 0,04621) und drei (H\(_2\) + CO\(_2\)) Gemischen (Stoffmengenanteil von H\(_2\): (0,25433, 0,54143 und 0.73703)) wurden über den Temperaturbereich von (250 bis 350) K und bei Drücken bis zu 10 MPa mit Hilfe eines Kugelresonators durchgeführt. Die relative, kombinierte, erweitere Unsicherheit der Schallgeschwindigkeitsmessungen wurde zwischen (0,04 und 0,2) % abgeschätzt. Aus den Erfahrungen der Messkampagne wurde ein verbesserter Kugelresonator aufgebaut. Dieser erweiterte den Temperaturbereich auf (240 bis 360) K sowie den Druckbereich auf bis zu 12 MPa.The sound speed serves as a state property due to its measurability with comparatively low uncertainty as a reliable state property for the development of fundamental state equations, which serve the design and optimization of energy and chemical engineering processes. Against this background, a sound speed instrument was developed and set up. Sound speed measurements in a (H\(_2\) + CH\(_4\)) mixture (molar fraction of H\(_2\): 0.04621) and three (H\(_2\) + CO\(_2\)) mixtures (molar fraction of H\(_2\): (0.25433, 0.54143, and 0.73703)) were performed over the temperature range of (250 to 350) K and at pressures up to 10 MPa using the encased spherical resonator. The relative combined expanded uncertainty of the sound velocity measurements was estimated between (0.04 and 0.2) %. Using the experience gained from the measurement campaign, an improved spherical resonator was designed and constructed. This extended the previous temperature range to (240 to 360) K as well as the pressure range up to 12 MPa