超临界区制冷剂热力性质快速计算方法

提出超临界区制冷剂热力性质的隐式拟合模型,给出了超临界区制冷剂热力性质的隐式拟合、显式计算方法.该方法能够保证超临界区热力性质计算的可逆性、高速性和绝对稳定性.以REFPROP 7的计算结果作为数据源,以CO2为例对该模型作了验证.对CO2超临界区热力性质在温度为304.15～393.15 K,压力在7.3773～12.0 MPa的数据范围内作了隐式拟合,给出了各个热力性质对应的显式快速计算公式,其计算速度比REFPROP 7程序的计算速度平均提高了2个数量级,并且平均误差在1.8%以内.     

覆盖亚临界到临界区的制冷工质物性快速算法

为了在亚临界到临界点这个大范围内保证制冷剂物性计算的快速、稳定、可逆,提出将整个数据区间划分成若干个子区间分别进行隐式拟合,并且保证相邻子区间连接点处的连续与光滑,以及通过求分析解从隐式方程中得到显式物性计算式的方法.以美国国家标准局开发的程序REFPROP6.01的计算结果作为数据源,以R410A为例对该方法做了验证.得出快速物性计算公式的应用范围为饱和温度-60℃至临界温度,与NIST REFPROP 6.01的计算结果进行比较表明,计算速度快1500倍,平均相对偏差小于0.01%.     

混合工质两相区热力性质隐式拟合方法

本文通过建立混合工质制冷剂两相区热力性质的隐式拟合模型,给出了混合工质制冷剂两相区热力性质的隐式拟合、显式计算的方法,保证了物性计算的快速和稳定性。本文以美国国家标准局开发的程序REFPROP6.01的计算结果作为数据源,对R410A和R407C的两相区物性分别在工况范围64.77-3825.32kPa和43.62-3972.58kPa内进行了拟合。与数据源相比,得到的快速计算公式的最大相对计算误差在0.56％之内,平均误差在0.025％之内,计算速度较REFPROP6.01提高三个数量级。     

一种基团贡献法的非共沸工质气液相平衡模型

本文引入一种基于基团贡献的逸度系数模型来解决常规模型对非共沸混合制冷剂气液相平衡预测精度不足的问题,该模型只使用较少的共性基团参数就能推算大量多元混合物的物性.使用PR状态方程结合vdW混合规则来描述气相逸度、UNI-FAC模型来描述液相逸度.通过对R32+R236fa非共沸混合工质对的气液相平衡饱和蒸汽压力进行计算,并将结果与实验数据、REFPROP 8.0商业软件计算值对比分析.结果 表明:本文模型比REFPROPS.0软件更适应于混合工质;此外,该模型只考虑基团间相互作用,简化了热物性计算.基于提出的模型,绘制了R32+R236fa非共沸混合工质在278.15～363.15 K的相图.     

甲醇专用状态方程的研究

本文在广泛搜集现有文献中甲醇各项热物性实验数据的基础上,开发出以Helmholtz自由能为显式、以温度密度为自变量的新的甲醇状态方程。该方程可适用于温度在176~710 K,压力不高于5000 MPa,密度不大于70 mol/I的区间。方程计算饱和液密度的不确定度在430 K以下为0.4%,430 K以上为0.6%。方程计算密度的不确定度在压0.1MPa以下区域为1%,100 MPa以上区域为3%,0.1 MPa与100 MPa之间为5%,而靠近临界点处达到10%。力程计算饱和蒸汽压的不确定度为2%。经分析,方程趋势合理,这表明方程在极高或极低的温度和压力下具有合理的外推性。     

基于Aspen的超临界CO2布雷顿循环性能研究

超临界二氧化碳(SCO_2)布雷顿循环发电系统与传统火力发电系统相比,具有系统尺寸小、循环效率高、工质易获取等优势。本文首先采用Aspen HYSYS与Aspen Plus软件分别建立了三种循环模型:简单循环、再压缩循环和分流再压缩循环;并使用三种物性方法对每种循环进行了模拟;对比实验室的数据,研究了不同物性方法的模拟精确度,数据表明Aspen Plus软件下的REFPROP物性计算方法精确度较高。然后在不同的工况参数下,使用该物性方法计算对比了三种循环在相同工况下的循环效率,结果证实:为获得高效率,回热尤为重要。最后,以再压缩循环模型为基础,在不同的回热条件下,研究了循环中五个主要参数对循环效率的影响。本文结论可为SCO_2的再压缩循环模型设计提供参考。     

碳酸二甲酯与烷烃混合物的临界性质

本文基于低停留时间流动法建立了一套临界性质实验测量系统,该系统温度和压力的测量不确定度分别小于0.20 K和5.2 kPa。首次测量了碳酸二甲酯与正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷和正癸烷五种烷烃的二元混合体系的临界性质,结果表明:各混合体系的临界温度随碳酸二甲酯混合比例的增加呈抛物线变化,临界压力随混合体系中临界压力较大物质混合比例的增加而增大。运用Redlich-Kister方程对以上混合体系临界性质进行了关联,临界温度和临界压力的平均绝对偏差分别小于0.04%和0.25%.     

R245fa基于MH81方程的热物性计算模型

R245fa作为替代CFC的新型工质,在高温热泵,低温发电系统等工程领域中有着广泛的使用。为满足仿真计算的需要,提出一种基于MH81方程的R245fa物性计算模型。该模型在过热区符合良好,在过冷区修正为六参数的拟合式之后,其精度与过热区相当。将计算式与物性数据进行对比,结果表明平均相对误差小于8%,最大相对误差小于13%。     

固定床气体吸附过程温升的计算模型

本文采用等温模型、非等温绝热模型和非等温定壁温模型对二氧化碳占10%的二氧化碳氮气双组分气体在吸附剂沸石13X上吸附过程进行了数值模拟,并对结果进行了分析.结果表明三种模型计算的结果差别很大,非等温非绝热模型的分离效果,温升幅度均处于另两种模型之间,温度对吸附过程有着巨大的影响,必须考虑边界条件和吸附剂热物性的影响.采用非等温非平衡模型进行吸附过程模拟是最合理的.     

液态三元Ni-Cu-Fe合金比热的实验与计算研究

采用电磁悬浮落滴式量热方法测定了液态三元Ni₆₀Cu₂₀Fe₂₀合金在1436—2008K温度范围内的比热,实验获得的最大过冷度达232K(0.14T_L),结果表明比热值为33.27J·mol^-1·K^-1,并且随温度变化很小.在实验基础上,根据分子动力学方法结合嵌入原子势(EAM)和Quantum Sutton-Chen多体势(QSC)对比热进行了理论计算,揭示 关键词： 液态合金 比热 电磁悬浮 分子动力学计算     

利用量子对应态原理预测正仲氢输运性质

基于量子对应态原理并考虑氢同分异构体之间的结构差异,建立了适用于预测低温正氢与仲氢输运参数的数学模型,明确了对比黏度和对比导热系数与对比德布罗意波长之间的线性关系,并使用所建立数学模型预测了正氢与仲氢的黏度与导热系数。通过对计算结果的检验分析,发现量子对应态原理方法可以较准确地预测温度20¹00 K及压力0.01¹0 MPa范围内正氢、仲氢的黏度及导热系数。压力对模型的预测精度影响显著,当环境压力小于1 MPa时,对应态原理预测误差基本控制在6%以内。进一步修正模型中的物性常数修正有望提高对应态原理预测精度。     

中心螺管模型线圈交流损耗计算及测试

中心螺管模型线圈选用 Nb Ti/ Cu复合超导材料 ,超导股线直径 0 .85 m m,Cu截面积与 Nb Ti截面积比为 1.38;经过 4级绞缆和成型 ,导体尺寸为 17.4 mm× 17.4 m m,中心冷却孔直径 4 .1m m。线圈用超临界氦冷却 ,流体进口温度为 3.8- 4 .2 K,压力 6 bar,每个流道流量 2 .2 g/ s。用量热法对中心螺管模型线圈进行了交流损耗测试并与计算值相比较 ,3次交流损耗电流分别是 :30 0 A/ s速度励磁和放电 ,最大电流 5 k A ,交流损耗测量值为每脉冲 78.3J;30 0 A / s速度励磁和放电 ,最大电流 7k A ,交流损耗测量值为每脉冲 14 0 .7J;4 0 0 A/ s速度励磁和放电 ,最大电流 7k A,交流损耗测量值为每脉冲14 5 .4 J;计算值分别为每脉冲 98J,1385 J,14 2 J;两者较好相符。     

1.5μm处CO2与CO高温线强的实验分析与理论计算

本文在采用乘积近似方法计算二氧化碳、一氧化碳分子总的配分函数(其中分子的振动配分函数采用谐振子近似, 转动配分函数采用非刚性转子模型, 并考虑了离心扭曲修正)的基础上, 利用所得配分函数和振动跃迁矩平方的实验值以及Herman-Wallis系数, 计算了1.5 μm 附近二氧化碳30012–00001跃迁带和一氧化碳3–0跃迁带在300–6000 K温度范围内部分温度下的吸收线强; 为验证计算方法和结果的准确性, 在基于可调谐二极管激光吸收光谱技术搭建的高温测量系统中, 对300–800 K温度范围内部分谱线线强进行了测量, 并把计算结果、测量结果及HITRAN数据库中对应数据进行了对比, 发现相对偏差小于3%, 证明了本方法的有效性, 同时计算及测量所得高温线强数据可对HITRAN数据库进行有效的校正和补充.     

近临界区CO_2对热声谐振管性能的影响分析

谐振管是热声热机的主要部件之一,减小声功在谐振管中的耗散对改善热声热机输出特性具有积极意义。由于近临界区流体的热物性具有特殊性,用其作为工质时将会对谐振管内的声功损耗产生重要影响。本文对声功在以近临界区CO_2为工质的谐振管中的损耗情况进行了计算和分析。结果显示,在本文的计算条件下,相较于压力较低的CO_2,采用近临界区CO_2作为工质可降低谐振管内的声功损耗,并在工作压力略低于临界压力时,谐振管内的声功损耗可达到最小值.此外,在保持谐振频率不变的情况下,采用近临界区CO_2作为工质可一定程度上缩短谐振管的长度。     

惰性气体黏度的剩余熵标度模型

黏度是能源、动力、化工等系统设计分析中常用的重要物性参数.本文探讨了5种惰性气体(He、Ne、Ar、Kr、Xe)气相和超临界黏度的计算,以实际气体与同温度稀薄气体的黏度之比作为无量纲对比黏度,发现5种惰性气体的无量纲对比黏度与剩余熵之间满足同一单值函数关系,据此建立了惰性气体的气相和超临界黏度模型,其中稀薄气体黏度关联式借助气体动理论建立,剩余熵由Soave-Redlich-Kwong (SRK)状态方程计算.对比了183~2150 K、380 MPa以内的1819个实验数据,模型计算偏差小于1.5%的数据点占89%,偏差较大的数据点主要分布于10 MPa以上的高压区域,最大偏差为4.4%.本文模型可用于实验数据缺乏区域惰性气体黏度性质的准确预估。     

低温工况下翅片管换热器的设计计算

采用分段模型将气化压力高于介质临界压力的翅片管换热器内低温介质的气化过程分为液相、气相两个传热区。同时考虑气化过程中翅片管表面结霜情况,对低温介质在翅片管换热器内的吸热气化过程进行传热分析,给出了适合各分区传热特性的计算关联式,为工程设计提供参考。     

润滑油对超临界压力CO_2对流换热特性影响

本文对含有少量润滑油对冷却条件下水平细圆管中超临界压力二氧化碳的对流换热特性进行了实验研究,并与相应不含润滑油的工况及已有经验关联式进行对比。实验结果表明,润滑油会使冷却工况下超临界压力二氧化碳的对流换热恶化,尤其是二氧化碳温度在准临界温度附近时,恶化现象更显著。本文提出了用于计算含润滑油时冷却工况下超临界压力二氧化碳对流换热的经验关联式,其计算结果与90%以上实验数据的偏差在25%以内。     

氦-3熔化压力方程

在广泛收集实验数据和理论关联式的基础上,提出了低温流体3He的宽温区、高精度熔化压力方程。该方程采用国际标准单位制,首次以统一而非分段的形式描述了3He在0．001 K-30 K宽温区熔化压力与温度的关系,方程计算值相对于406个实验数据点的最大和平均偏差分别为3．02％和0．106％。计算表明,该方程在0．31586 K时存在最小压力 2．93113 MPa,这一结论与以往的实验和理论研究非常吻合。     

冷却条件下管内超临界压力CO2对流换热研究

本文用数值计算和实验测量结合的实验方法对冷却条件下超临界压力二氧化碳在细圆管内(Din=2 mm)的局部对流换热进行了实验研究.结果表明,冷却条件下超临界二氧化碳局部对流换热系数在流体温度略高于准临界温度时达到峰值.本文还对该过程进行了数值模拟,比较了不同湍流模型的计算结果,根据数值模拟提供的信息分析了影响冷却条件下超临界压力二氧化碳换热的主要因素和物性变化对换热的影响.     

高温高压下MgSiO_3熔体结构的第一性原理分子动力学研究

基于第一性原理分子动力学方法,计算了MgSiO3熔体在0~144GPa、2 000~6 000K的微观结构及其随压力、温度的变化特征。计算的近零压2 000K下O—Si、O—Mg和O—O对分布函数的第一峰值位置分别为0.163 5、0.197 0和0.269 5nm,与实验结果吻合很好。随着压力和温度的变化,MgSiO3熔体结构发生了显著变化,尤其是随着压力增加,结构变得更致密;当密度为4.59g/cm3时,原子间的平均键长随温度(小于5 000K)增加而减小,在常压和更高的压力下,原子间的平均键长随温度变化不明显。在133GPa、4 000K条件下,MgSiO3熔体的O—Si、O—Mg和O—O平均键长分别为0.161 0、0.183 5和0.230 0nm;从地表常压到核幔边界压力,平均Si—O配位数从4变到6,桥氧数目比例由31.3%增高到72.9%。MgSiO3熔体微观结构的认识对了解地幔内硅酸盐流体性质及其对地幔动力学的影响有重要意义。