Line data Source code
1 : //* This file is part of the MOOSE framework
2 : //* https://mooseframework.inl.gov
3 : //*
4 : //* All rights reserved, see COPYRIGHT for full restrictions
5 : //* https://github.com/idaholab/moose/blob/master/COPYRIGHT
6 : //*
7 : //* Licensed under LGPL 2.1, please see LICENSE for details
8 : //* https://www.gnu.org/licenses/lgpl-2.1.html
9 :
10 : #include "LeadLithiumFluidProperties.h"
11 :
12 : registerMooseObject("FluidPropertiesApp", LeadLithiumFluidProperties);
13 :
14 : InputParameters
15 8 : LeadLithiumFluidProperties::validParams()
16 : {
17 8 : InputParameters params = SinglePhaseFluidProperties::validParams();
18 8 : params.addClassDescription("Fluid properties for Lead Lithium eutectic (83% Pb, 17% Li)");
19 8 : return params;
20 0 : }
21 :
22 4 : LeadLithiumFluidProperties::LeadLithiumFluidProperties(const InputParameters & parameters)
23 4 : : SinglePhaseFluidProperties(parameters)
24 : {
25 4 : }
26 :
27 : std::string
28 1 : LeadLithiumFluidProperties::fluidName() const
29 : {
30 1 : return "LeadLithium";
31 : }
32 :
33 : Real
34 1 : LeadLithiumFluidProperties::molarMass() const
35 : {
36 : // Approximate molar mass for 83% Pb (207.2 g/mol) and 17% Li (6.94 g/mol) by atomic fraction
37 1 : return 1.73e-1; // in kg/mol
38 : }
39 :
40 : Real
41 137 : LeadLithiumFluidProperties::rho_from_p_T(Real /*p*/, Real T) const
42 : {
43 137 : if (T < _T_mo || T > 880)
44 28 : flagInvalidSolution("Temperature out of bounds for the PbLi density computation");
45 137 : return 10520.35 - 1.19051 * T;
46 : }
47 :
48 : void
49 33 : LeadLithiumFluidProperties::rho_from_p_T(
50 : Real p, Real T, Real & rho, Real & drho_dp, Real & drho_dT) const
51 : {
52 33 : rho = rho_from_p_T(p, T);
53 33 : drho_dp = 0;
54 33 : drho_dT = -1.19051;
55 33 : }
56 :
57 : void
58 0 : LeadLithiumFluidProperties::rho_from_p_T(
59 : const ADReal & p, const ADReal & T, ADReal & rho, ADReal & drho_dp, ADReal & drho_dT) const
60 : {
61 0 : rho = SinglePhaseFluidProperties::rho_from_p_T(p, T);
62 0 : drho_dp = 0;
63 0 : drho_dT = -1.19051;
64 0 : }
65 :
66 : Real
67 48 : LeadLithiumFluidProperties::v_from_p_T(Real p, Real T) const
68 : {
69 48 : return 1.0 / rho_from_p_T(p, T);
70 : }
71 :
72 : void
73 3 : LeadLithiumFluidProperties::v_from_p_T(Real p, Real T, Real & v, Real & dv_dp, Real & dv_dT) const
74 : {
75 3 : v = v_from_p_T(p, T);
76 3 : dv_dp = 0;
77 3 : dv_dT = 1.19051 / Utility::pow<2>(10520.35 - 1.19051 * T);
78 3 : }
79 :
80 : Real
81 140 : LeadLithiumFluidProperties::T_from_v_e(Real v, Real /*e*/) const
82 : {
83 140 : Real T = (10520.35 - 1.0 / v) / 1.19051;
84 : // This is computed from rho(T), thus shares the same validity range
85 140 : if (T < _T_mo || T > 880)
86 28 : flagInvalidSolution("Specific volume out of bounds for the PbLi temperature computation");
87 140 : return T;
88 : }
89 :
90 : void
91 8 : LeadLithiumFluidProperties::T_from_v_e(Real v, Real e, Real & T, Real & dT_dv, Real & dT_de) const
92 : {
93 8 : T = T_from_v_e(v, e);
94 8 : dT_de = 0;
95 8 : dT_dv = 1.0 / (1.19051 * v * v);
96 8 : }
97 :
98 : Real
99 41 : LeadLithiumFluidProperties::bulk_modulus_from_p_T(Real /*p*/, Real T) const
100 : {
101 41 : return Utility::pow<2>(c_from_p_T(0, T)) * rho_from_p_T(0, T);
102 : }
103 :
104 : Real
105 50 : LeadLithiumFluidProperties::c_from_p_T(Real /*p*/, Real T) const
106 : {
107 50 : return 1876 - 0.306 * T;
108 : }
109 :
110 : Real
111 9 : LeadLithiumFluidProperties::c_from_v_e(Real v, Real e) const
112 : {
113 9 : Real T = T_from_v_e(v, e);
114 9 : return 1876 - 0.306 * T;
115 : }
116 :
117 : ADReal
118 0 : LeadLithiumFluidProperties::c_from_v_e(const ADReal & v, const ADReal & e) const
119 : {
120 0 : ADReal T = SinglePhaseFluidProperties::T_from_v_e(v, e);
121 0 : return 1876 - 0.306 * T;
122 : }
123 :
124 : Real
125 30 : LeadLithiumFluidProperties::p_from_v_e(Real v, Real e) const
126 : {
127 30 : Real h = h_from_v_e(v, e);
128 30 : return (h - e) / v;
129 : }
130 :
131 : void
132 2 : LeadLithiumFluidProperties::p_from_v_e(Real v, Real e, Real & p, Real & dp_dv, Real & dp_de) const
133 : {
134 2 : p = p_from_v_e(v, e);
135 : Real h, dh_dv, dh_de;
136 2 : h_from_v_e(v, e, h, dh_dv, dh_de);
137 2 : dp_dv = (v * dh_dv - h + e) / (v * v);
138 2 : dp_de = (dh_de - 1) / v;
139 2 : }
140 :
141 : Real
142 18 : LeadLithiumFluidProperties::cp_from_v_e(Real v, Real e) const
143 : {
144 18 : Real T = T_from_v_e(v, e);
145 18 : if (T < _T_mo || T > 800)
146 4 : flagInvalidSolution("Temperature out of bounds for the PbLi specific heat computation");
147 18 : return 195.0 - 9.116e-3 * T;
148 : }
149 :
150 : void
151 1 : LeadLithiumFluidProperties::cp_from_v_e(
152 : Real v, Real e, Real & cp, Real & dcp_dv, Real & dcp_de) const
153 : {
154 : Real T, dT_dv, dT_de;
155 1 : T_from_v_e(v, e, T, dT_dv, dT_de);
156 1 : cp = cp_from_v_e(v, e);
157 : const Real dcp_dT = -9.116e-3;
158 1 : dcp_dv = dcp_dT * dT_dv;
159 1 : dcp_de = dcp_dT * dT_de;
160 1 : }
161 :
162 : Real
163 32 : LeadLithiumFluidProperties::cv_from_p_T(Real p, Real T) const
164 : {
165 : Real rho, drho_dT, drho_dp;
166 32 : rho_from_p_T(p, T, rho, drho_dp, drho_dT);
167 32 : Real alpha = -drho_dT / rho;
168 32 : Real bulk_modulus = bulk_modulus_from_p_T(p, T);
169 32 : Real cp = cp_from_p_T(p, T);
170 32 : return cp / (1.0 + alpha * alpha * bulk_modulus * T / (rho * cp));
171 : }
172 :
173 : void
174 2 : LeadLithiumFluidProperties::cv_from_p_T(
175 : Real p, Real T, Real & cv, Real & dcv_dp, Real & dcv_dT) const
176 : {
177 2 : cv = cv_from_p_T(p, T);
178 : // A full analytical derivative is complex; here we assume minimal pressure dependence.
179 2 : dcv_dp = 0;
180 : const Real dT = 1e-6;
181 2 : Real cv_plus = cv_from_p_T(p, T + dT);
182 2 : dcv_dT = (cv_plus - cv) / dT;
183 2 : }
184 :
185 : Real
186 14 : LeadLithiumFluidProperties::cv_from_v_e(Real v, Real e) const
187 : {
188 14 : Real p = p_from_v_e(v, e);
189 14 : Real T = T_from_v_e(v, e);
190 14 : return cv_from_p_T(p, T);
191 : }
192 :
193 : void
194 1 : LeadLithiumFluidProperties::cv_from_v_e(
195 : Real v, Real e, Real & cv, Real & dcv_dv, Real & dcv_de) const
196 : {
197 : Real p, dp_dv, dp_de;
198 1 : p_from_v_e(v, e, p, dp_dv, dp_de);
199 : Real T, dT_dv, dT_de;
200 1 : T_from_v_e(v, e, T, dT_dv, dT_de);
201 : Real dcv_dp, dcv_dT;
202 1 : cv_from_p_T(p, T, cv, dcv_dp, dcv_dT);
203 1 : dcv_dv = dcv_dp * dp_dv + dcv_dT * dT_dv;
204 1 : dcv_de = dcv_dp * dp_de + dcv_dT * dT_de;
205 1 : }
206 :
207 : Real
208 15 : LeadLithiumFluidProperties::mu_from_v_e(Real v, Real e) const
209 : {
210 15 : Real T = T_from_v_e(v, e);
211 15 : if (T < _T_mo || T > 625)
212 10 : flagInvalidSolution("Temperature out of bounds for the PbLi viscosity computation");
213 15 : return 1.87e-4 * std::exp(11640.0 / (FluidProperties::_R * T));
214 : }
215 :
216 : void
217 1 : LeadLithiumFluidProperties::mu_from_v_e(
218 : Real v, Real e, Real & mu, Real & dmu_dv, Real & dmu_de) const
219 : {
220 : Real T, dT_dv, dT_de;
221 1 : T_from_v_e(v, e, T, dT_dv, dT_de);
222 1 : mu = mu_from_v_e(v, e);
223 1 : Real factor = -11640.0 / (FluidProperties::_R * T * T);
224 1 : dmu_dv = factor * mu * dT_dv;
225 1 : dmu_de = factor * mu * dT_de;
226 1 : }
227 :
228 : Real
229 15 : LeadLithiumFluidProperties::k_from_v_e(Real v, Real e) const
230 : {
231 15 : Real T = T_from_v_e(v, e);
232 15 : if (T < _T_mo || T > 873)
233 4 : flagInvalidSolution("Temperature out of bounds for the PbLi dynamic viscosity computation");
234 15 : return 14.51 + 1.9631e-2 * T;
235 : }
236 :
237 : void
238 1 : LeadLithiumFluidProperties::k_from_v_e(Real v, Real e, Real & k, Real & dk_dv, Real & dk_de) const
239 : {
240 : Real T, dT_dv, dT_de;
241 1 : T_from_v_e(v, e, T, dT_dv, dT_de);
242 1 : k = k_from_v_e(v, e);
243 1 : dk_dv = 0.019631 * dT_dv;
244 1 : dk_de = 0.019631 * dT_de;
245 1 : }
246 :
247 : Real
248 97 : LeadLithiumFluidProperties::h_from_p_T(Real /*p*/, Real T) const
249 : {
250 97 : if (T < _T_mo || T > 800)
251 19 : flagInvalidSolution("Temperature out of bounds for the PbLi enthalpy computation");
252 97 : return 195.0 * (T - _T_mo) - 0.5 * 9.116e-3 * (T * T - _T_mo * _T_mo);
253 : }
254 :
255 : void
256 4 : LeadLithiumFluidProperties::h_from_p_T(Real p, Real T, Real & h, Real & dh_dp, Real & dh_dT) const
257 : {
258 4 : h = h_from_p_T(p, T);
259 4 : dh_dp = 0;
260 4 : dh_dT = cp_from_p_T(p, T);
261 4 : }
262 :
263 : Real
264 47 : LeadLithiumFluidProperties::h_from_v_e(Real v, Real e) const
265 : {
266 47 : Real T = T_from_v_e(v, e);
267 47 : return h_from_p_T(0, T);
268 : }
269 :
270 : void
271 3 : LeadLithiumFluidProperties::h_from_v_e(Real v, Real e, Real & h, Real & dh_dv, Real & dh_de) const
272 : {
273 : Real T, dT_dv, dT_de;
274 3 : T_from_v_e(v, e, T, dT_dv, dT_de);
275 3 : h = h_from_v_e(v, e);
276 3 : Real cp = cp_from_v_e(v, e);
277 3 : dh_dv = cp * dT_dv;
278 3 : dh_de = cp * dT_de;
279 3 : }
280 :
281 : Real
282 31 : LeadLithiumFluidProperties::e_from_p_T(Real p, Real T) const
283 : {
284 31 : Real v = v_from_p_T(p, T);
285 31 : Real h = h_from_p_T(p, T);
286 31 : return h - p * v;
287 : }
288 :
289 : void
290 2 : LeadLithiumFluidProperties::e_from_p_T(Real p, Real T, Real & e, Real & de_dp, Real & de_dT) const
291 : {
292 : Real dh_dp, dv_dp, dh_dT, dv_dT, v, h;
293 2 : h_from_p_T(p, T, h, dh_dp, dh_dT);
294 2 : v_from_p_T(p, T, v, dv_dp, dv_dT);
295 2 : e = e_from_p_T(p, T);
296 2 : de_dp = dh_dp - v - dv_dp * p;
297 2 : de_dT = dh_dT - dv_dT * p;
298 2 : }
299 :
300 : Real
301 14 : LeadLithiumFluidProperties::e_from_p_rho(Real p, Real rho) const
302 : {
303 14 : return e_from_p_T(p, T_from_p_rho(p, rho));
304 : }
305 :
306 : void
307 1 : LeadLithiumFluidProperties::e_from_p_rho(
308 : Real p, Real rho, Real & e, Real & de_dp, Real & de_drho) const
309 : {
310 : Real T, dT_dp, dT_drho;
311 1 : T_from_p_rho(p, rho, T, dT_dp, dT_drho);
312 : Real de_dp_T, de_dT;
313 1 : e_from_p_T(p, T, e, de_dp_T, de_dT);
314 1 : de_dp = de_dp_T + de_dT * dT_dp;
315 1 : de_drho = de_dT * dT_drho;
316 1 : }
317 :
318 : Real
319 30 : LeadLithiumFluidProperties::T_from_p_rho(Real /*p*/, Real rho) const
320 : {
321 30 : Real T = (10520.35 - rho) / 1.19051;
322 30 : if (T < _T_mo || T > 880)
323 7 : flagInvalidSolution("Temperature out of bounds for the PbLi density computation");
324 30 : return T;
325 : }
326 :
327 : void
328 2 : LeadLithiumFluidProperties::T_from_p_rho(
329 : Real p, Real rho, Real & T, Real & dT_dp, Real & dT_drho) const
330 : {
331 2 : T = T_from_p_rho(p, rho);
332 2 : dT_dp = 0;
333 2 : dT_drho = -1.0 / 1.19051;
334 2 : }
335 :
336 : Real
337 15 : LeadLithiumFluidProperties::T_from_p_h(Real /*p*/, Real h) const
338 : {
339 : // h = 195.0 * (T - _T_mo) - 0.5 * 9.116e-3 * (T * T - _T_mo * _T_mo);
340 : //
341 : const auto a = -0.5 * 9.116e-3;
342 : const auto b = 195.;
343 15 : const auto c = 0.5 * 9.116e-3 * _T_mo * _T_mo - h - 195. * _T_mo;
344 15 : const auto T = (-b + std::sqrt(b * b - 4 * a * c)) / (2 * a);
345 15 : return T;
346 : }
347 :
348 : void
349 1 : LeadLithiumFluidProperties::T_from_p_h(Real p, Real h, Real & T, Real & dT_dp, Real & dT_dh) const
350 : {
351 1 : T = T_from_p_h(p, h);
352 1 : dT_dp = 0;
353 : Real h1, dh_dp, dh_dT;
354 1 : h_from_p_T(p, T, h1, dh_dp, dh_dT);
355 1 : dT_dh = 1.0 / dh_dT;
356 1 : }
357 :
358 : Real
359 51 : LeadLithiumFluidProperties::cp_from_p_T(Real /*p*/, Real T) const
360 : {
361 51 : if (T < _T_mo || T > 800)
362 10 : flagInvalidSolution("Temperature out of bounds for the PbLi specific heat computation");
363 51 : return 195.0 - 9.116e-3 * T;
364 : }
365 :
366 : void
367 1 : LeadLithiumFluidProperties::cp_from_p_T(
368 : Real p, Real T, Real & cp, Real & dcp_dp, Real & dcp_dT) const
369 : {
370 1 : cp = cp_from_p_T(p, T);
371 1 : dcp_dp = 0;
372 1 : dcp_dT = -9.116e-3;
373 1 : }
374 :
375 : Real
376 15 : LeadLithiumFluidProperties::mu_from_p_T(Real /*p*/, Real T) const
377 : {
378 15 : if (T < _T_mo || T > 625)
379 10 : flagInvalidSolution("Temperature out of bounds for the PbLi viscosity computation");
380 15 : return 1.87e-4 * std::exp(11640.0 / (FluidProperties::_R * T));
381 : }
382 :
383 : void
384 1 : LeadLithiumFluidProperties::mu_from_p_T(
385 : Real p, Real T, Real & mu, Real & dmu_dp, Real & dmu_dT) const
386 : {
387 1 : mu = mu_from_p_T(p, T);
388 1 : dmu_dp = 0;
389 1 : dmu_dT = -11640.0 / (FluidProperties::_R * T * T) * mu;
390 1 : }
391 :
392 : Real
393 15 : LeadLithiumFluidProperties::k_from_p_T(Real /*p*/, Real T) const
394 : {
395 15 : if (T < _T_mo || T > 873)
396 4 : flagInvalidSolution("Temperature out of bounds for the PbLi dynamic viscosity computation");
397 15 : return 14.51 + 1.9631e-2 * T;
398 : }
399 :
400 : void
401 1 : LeadLithiumFluidProperties::k_from_p_T(Real p, Real T, Real & k, Real & dk_dp, Real & dk_dT) const
402 : {
403 1 : k = k_from_p_T(p, T);
404 1 : dk_dp = 0;
405 1 : dk_dT = 0.019631;
406 1 : }
|
