CO_(2)状态方程适应性对比研究

气体状态方程被广泛应用于计算CO_(2)的各项物性参数,但CO_(2)物性参数对温度和压力较敏感,不同状态方程计算的结果有偏差。针对目前常用的状态方程开展适应性研究,基于不同温度和压力条件下CO_(2)物性参数实验值对比分析了不同状态方程的计算结果。结果表明:1)GERG对CO_(2)密度及压缩因子具有较高的计算精度。计算CO_(2)密度时蒸汽区平均相对偏差小于0.5%,气相区小于1%;2)SW方程计算CO_(2)定压比热的平均相对偏差为0.29%,计算焦汤系数的平均相对偏差为0.87%;3)Fenghour法计算的黏度最大相对偏差不超过0.5%,平均相对偏差为0.34%,计算结果误差较小;4)V-W法对CO_(2)导热系数的计算结果与实验值较吻合,其平均相对偏差仅为1.24%。研究结果为油气田开发过程中涉及的CO_(2)物性参数计算提供了一定的参考依据。

运用克拉珀龙方程解决理想气体状态转换和变质量问题

理想气体状态方程p1V1/T1=p2V2/T2只适用于定质量的理想气体,在解决变质量问题时,经常需要通过巧妙选取研究对象将“变质量”问题转化为“定质量”问题,而克拉珀龙方程pV=m MRT则可直接用于变质量的理想气体.根据这一方程式,可以得到如下三个推论。

四次型状态方程计算若干物质的固-液-气三相物性

为考察四次型状态方程(CCOR-PT EOS)的性能,对苯酚、乙烷、正壬烷、丙酮、乙酸乙酯、二氧化碳、甲苯、正庚烷、乙炔、正己烷、辛烷11个物质的固-液-气三相压力、体积、温度(PVT)物性,使用CCOR-PT EOS进行计算,并与文献数据相比较。同时考察了物质的固有参数对计算结果的影响。结果表明,该方程能够较好地描述包括固体升华压力、固体密度等在内的三相PVT物性,计算结果对临界压缩因子ZC的敏感程度大于偏心因子ω。

基于立方型气体状态方程的激波风洞准一维流动数值研究

采用基于立方型气体状态方程的准一维流动数值模拟方法研究了反射式高焓激波风洞的真实气体流动,重点关注了高压真实气体效应对风洞全场流动时空结构和驻室区气流参数的影响,并以理论分析揭示了高压真实气体效应对激波管内流动的作用机理。研究表明:对于以冷高压气体驱动的激波风洞,使用考虑分子体积和分子间作用力的真实气体状态方程能够更准确地描述气体的状态和风洞内的流动状况。高压真实气体效应主要在冷驱动气体中发生作用,其作用效果主要是使当地声速增大,从而使得入射稀疏波和反射稀疏波的传播速度加快;另一方面,高压气体效应在高温气体效应较显著的被驱动气体中作用微弱,且对激波管产生激波的强度和激波后的流动状态影响甚微。稀疏波的加快传播改变了激波管波系的相干时空关系。提前抵达的稀疏波可在一定情况下侵蚀激波风洞的有效试验时间。对于所测试的激波风洞构型,在150 MPa氢气驱动110 kPa氮气的工况下,高压效应导致的有效试验时间缩短约38%。适当加长驱动段长度和采用高温气体驱动均可有效减弱高压真实气体效应的影响。

山区输电线路跳线风偏状态方程及临界风速研究

为研究山区微地形中的竖向风速对跳线风偏的影响,基于刚性直棒法对导线、跳线及绝缘子串增加竖向风荷载分析,确定跳线处最大风偏位移值作为风偏指标,建立风荷载作用前后跳线静力平衡平面的几何变换关系,提出了考虑竖向风速影响的跳线风偏状态方程。建立半径5 km的地形模型,包含跳线风偏事故地点与微气象站点,采用数值模拟方法将微气象站点风速推演到事故地点风速,获得了考虑微地形影响的跳线风偏闪络事故风速。将事故线路参数及竖向风速代入跳线风偏状态方程,得到跳线风偏临界水平风速,通过与事故风速进行比较验证了跳线风偏状态方程的可靠性。最后根据风偏状态方程分析竖向风速的变化对跳线风偏临界水平风速的影响。结果表明:随着竖向风速的增大,跳线风偏临界水平风速线性减小,当风攻角为20°时临界水平风速可降低16%。考虑竖向风速影响的跳线风偏临界水平风速取值较为安全,建议在山区输电线路跳线设计过程中加以考虑。

一种基于Virial理论的爆轰产物状态方程

爆轰参数理论计算热化学代码的核心在于选择合适的状态方程用于描述物质的热力学状态。为扩大状态方程适用范围、减少状态方程的经验参数,基于维里(Virial)理论建立了能够准确计算到第i个Virial系数的VLI状态方程。采用VLI状态方程研究了第2~9维里系数随温度的变化规律,对比了不同阶数维里系数的相对大小及其对氮气热力学状态曲线的影响程度;计算了氮气的高压Hugoniot曲线和低压等温线,并与VLW和JCZ两种状态方程的计算值以及相应的试验数据进行对比,进一步计算了典型炸药的爆轰性能,验证了VLI状态方程的可行性和适用性。

状态方程参数化耦合制冷工质热导率性质预测模型

针对准确的制冷工质热导率性质有益于制冷热泵系统的设计和优化,引入标准化参数化方案,得到扰动链统计缔合流体理论状态方程(PC-SAFT)的输入参数,结合剩余熵标度理论(RES),预测了包括氢氟烯烃(HFOs)、氢氟烃(HFCs)、烷烃(HCs)和CO_(2)(R744)在内的11种常见制冷工质的热导率性质,使用自助法,获得了标准化参数化方案与常规参数化方案输入参数的不确定度,并展开不确定度分析。通过与文献实验结果及已报道热导率性质模型比对,所提热导率性质模型与实验数据的总体平均相对偏差为3.32%。结果表明:所提热导率性质预测模型的整体表现优于常规参数化热导率模型和CE参考项热导率模型,且标准化参数化方案有潜力为混合工质体系的研发和推广提供可靠的基础物性数据;两种参数化方案输入参数在不确定度范围内波动时,对气相迁移性质的预测影响程度相似,但标准化参数化方案在液相迁移性质的预测上表现更优;此外,基于标准化参数化方案预测迁移性质需特别关注偏心因子的精度。

基于混合算法计算炸药JWL状态方程参数的研究

JWL状态方程参数是炸药爆炸膨胀数值模拟仿真的基础,圆筒试验标定法复杂且成本很高,为了准确快速地获得炸药JWL状态方程参数,提出一种基于灰狼粒子群混合算法计算确定炸药JWL状态方程参数的方法。该方法仅把炸药的爆速和初始密度作为已知条件即可计算确定JWL状态方程参数。基于此方法对TNT、PETN 1.77、HMX、PBX-9010、PBX-9501和OCTOL炸药的JWL状态方程参数进行计算,将计算所得参数进行圆筒试验数值仿真模拟,同时与标准参数仿真模拟结果进行对比,仿真结果曲线R 2分别为0.995681、0.999012、0.99999、0.999533、0.999069和0.998904,均大于0.99,说明计算方法可行,可为炸药JWL状态方程参数的获取研究工作提供一定参考。

不同掺氨比天然气状态方程适应性分析

天然气混合氨气作燃料一方面可以改善氨气作燃料的燃烧反应性差、火焰极限窄、着火温度高等缺点,另一方面可降低天然气利用过程的碳排放强度,降本减排,同时保障燃气供应安全。采用多种模拟手段探究不同掺氨比天然气输送效率是当前研究的重点,而研究过程中状态方程的合理选择是结果可靠与否的关键。通过研究对比了不同工况下不同掺混比的天然气与氨气在物性计算中状态方程的优选过程。结果表明:在1~12 MPa的压力区间和5~30℃的温度区间内,综合对比分析后发现对于低量掺混氨气的天然气,BWRS状态方程是最优选择,而对于较高掺混比(掺10%(物质的量分数)氨气)的天然气,SRK方程是最优选择。

使用立方型状态方程求氢氮混合气在不同温度下的配制压力

利用立方型状态方程(P-R方程)、Prausnitz等建议的混合规则,计算出配制同一比例混合气在不同充装温度下,所需要各组分充装压力。

用好克拉伯龙方程 巧解气体状态问题——以近几年高考试卷中的气体变质量问题为例

理想气体状态方程(pV)/T=C描述的是一定质量的某种理想气体,从某一状态变化到另一状态时,尽管其压强、体积和温度都可能改变,但是压强跟体积的乘积与热力学温度之比保持不变。对于变质量的理想气体状态变化问题,理想气体状态方程依然成立,但稍显复杂。

根据理想气体状态方程的分态式巧解变质量气体问题

克拉珀龙方程为pV=nRT,该方程有4个变量:p是指理想气体的压强,V为理想气体的体积,n表示气体物质的量,T则表示理想气体的热力学温度,R为理想气体常数.在理想气体状态变化问题中,若质量为m的气体分成几个不同的部分,或由若干个不同的部分混合。

温稠密氦的状态方程、热输运性质和辐射不透明度的理论研究

温稠密状态下氦元素广泛存在于核聚变内爆过程和宇宙星体中,其热力学性质和辐射输运参数等物质特性在聚变实验设计和星体结构演化研究中起着至关重要的作用.本文采用充分考虑温稠密物质中电子离子碰撞物理效应的量子郎之万分子动力学方法,通过模拟宽广温度密度区域氦离子和电子的响应特性,构建了温度在10-60 kK,密度为1-24 g/cm^(3)范围内温稠密氦的状态方程数据库和电子热导率数据库,并计算了该温度密度下温稠密氦的辐射不透明度.本文的计算结果可以为聚变物理研究和很多基本天体物理问题建模提供必要的输入参数.

神经网络状态方程在强爆炸冲击波数值模拟中的应用

强爆炸数值模拟的主要挑战在于如何准确地描述爆炸产物状态方程。利用BP神经网络和强爆炸产物状态数据对神经网络产物状态方程进行训练,并将得到的状态方程植入自编的一维球对称数值模拟程序,对强爆炸冲击波参数进行了计算。结果显示,计算得到的冲击波峰值超压、冲击波到时、正压时间与标准值吻合较好,证明将神经网络状态方程应用于强爆炸冲击波数值模拟是可行的。研究结果对确定强爆炸数值模拟方法具有很好的借鉴意义。

颗粒土中剪切带临界状态数学描述及其完全解

为正确模拟土体涉及剪切带演化的后失效力学响应,需采用包含细观特征长度的高阶连续介质力学模型.笔者利用前期所建立的微极亚塑性模型,对颗粒土中剪切带的发展过程进行了分析推导,得到了剪切带临界状态条件下关键变量所满足的非线性微分方程.该文展示了上述非线性微分方程的简要推导,重点讨论了该非线性微分方程的主要性质、主要参数变化范围和求解途径;通过对剪切带进一步的力学分析补充建立了一个能量方程,使问题具有确定解.在此基础上,应用数值积分求出了剪切带厚度因子和剪切内应力、变形率分布及剪切速度分布的完全解.其中剪切带厚度因子对于微极亚塑性模型细观参数的确定具有重要作用.

花岗岩的动态力学性能、本构模型与状态方程研究

为研究强动载荷条件下花岗岩的动态力学性能、本构模型与状态方程,分别采用分离式霍普金森压杆和轻气炮系统进行了压杆试验和飞片撞击试验,以获得不同条件下花岗岩的动态力学参数。压杆试验结果表明,花岗岩在应变率为80~320 s-1范围内呈现明显的应变率效应,其强度和应变率近似呈指数关系。飞片撞击试验表明,随着飞片速度的增大,冲击波传播速度呈现明显的三折线变化趋势,而试样的可压缩性则随着加载速度的提高先逐渐增强然后再次降低。最后,根据试验数据,给出了强动载荷条件下花岗岩的HJC(Holmquist-Johnson-Cook)本构模型、Gruneisen状态方程以及动态屈服强度参数。

自动校准的多相状态方程建模方法及其在锡中的应用

状态方程与描述能量、动量、质量守恒的偏微分方程一起,构成了可求解材料动态压缩行为的完备流体力学方程组。动态压缩下,相变会导致材料内能、密度、强度等物理性质的不连续变化,需要构建多相状态方程模型才能精确描述这些变化。通过多相状态方程模型的自动组装,采用计算机智能优化算法自动校准状态方程模型参数,发展了自动化的多相状态方程建模程序AEOS(automated equation of state)。利用AEOS,构建了锡的3套状态方程模型,3套模型的计算结果与相关实验结果基本一致,验证了AEOS程序的适用性。将构建的状态方程模型应用于一维流体力学模拟,发现锡冲击到17 GPa再等熵卸载到常压的压力-温度路径会经过β相-体心四方相-液相三相点,并且可以很好地解释在15.4 GPa的冲击压力下锡的微喷颗粒呈现固-液混合态的实验现象。AEOS的良好表现证明其在大型数字化科研平台以及高通量材料物性计算中将具有广泛的应用前景。

基于误差状态方程的采煤机滚筒最优控制调高技术的研究

针对采煤机传统PID调高技术控制滞后和跟踪性能较差的问题,文中提出一种基于误差状态方程的最优控制调高技术,以改善采煤机滚筒调高的响应速度和跟踪性能。首先建立采煤机调高控制系统的数学模型;其次为便于处理,将数学模型转化为状态空间方程,利用最优控制方法对状态空间方程进行处理,得到采煤机滚筒调高的最优控制器;再根据当前和过去的已知信息对系统进行反馈补偿,改善系统的动态性能。为验证最优控制调高技术的有效性,在Simulink中搭建最优控制仿真模型和传统PID仿真模型,进行阶跃响应和路径跟踪实验。结果表明,与传统PID控制相比,所提方法响应速度更快,路径跟踪性能较好,可为提高自动化采煤技术中采煤机滚筒调高控制智能化水平提供理论支持。

探针式圆筒试验方法及TNT炸药爆轰产物JWL状态方程参数标定

圆筒试验是目前标定炸药爆轰产物状态方程参数最常用的试验之一,为了确定炸药爆轰产物JWL状态方程参数,设计并搭建了探针式圆筒试验平台。采用一组具有径向位移差的镀金探针和20 ns高精度脉冲测时仪记录圆筒膨胀过程中的多个离散点,当圆筒在爆轰产物驱动下膨胀到探针头部形成回路时,脉冲测时仪记录下时间,据此可获得圆筒壁的位移时程曲线。研究开展了两组TNT炸药的探针式圆筒试验,得到了圆筒膨胀位移离散点,试验结果显示两组试验曲线相差较小,表明探针式圆筒试验具有较好的重复性。采用BP-GA算法确定了TNT炸药的爆轰产物JWL状态方程参数,将确定的JWL参数代入有限元软件进行数值检验,结果显示仿真得到的位移曲线相对试验曲线的决定系数R^(2)为0.9997,表明JWL参数具有较高的精度。

HNS基PBX炸药爆轰驱动平板实验及产物状态方程参数确定

为确定六硝基茋基PBX-1炸药产物的状态方程参数,采用平面波透镜加载和激光干涉测速技术,测量了在长度不同、直径为6 mm的PBX-1炸药药柱爆轰驱动下金属平板的自由面速度变化历程。实验结果表明:PBX-1炸药的爆轰波传播速度约为6798.2 m/s,且炸药的长径比对驱动平板的有效装药量有显著影响;与长径比为1的情况相比,长径比为2时PBX-1炸药驱动平板的有效装药量更小,导致金属平板的最大运动速度降低,但是在驱动平板过程中,金属平板受平面波透镜加载边界的影响较小。基于实验数据,开展了长径比为2的PBX-1炸药爆轰驱动平板的数值模拟,确定了PBX-1炸药爆轰产物的状态方程参数,计算得到的平板自由面速度变化历程与实验结果吻合较好。研究结果可为冲击片雷管的可靠性评估提供重要的基础参数。