压缩空气储能地下储气库热力学改进模型研究

【目的】明晰地下储气库的热力学过程是压缩空气储能(compressed air energy storage,CAES)电站安全设计与运行调度的重要基础。【方法】现有地下储气库热力学模型在计算热量交换时,存在高压储气阶段热损失偏大和低压储气库阶段补热过多的不足。本文在全面分析地下储气库热力学模型理论基础合理性的前提下,先分析储气库热量计算偏差的形成根源;再提出改进模型。【结果】研究结果表明:现有的热力学计算解析模型忽略了CAES地下储气库在运行过程中温度分布的不均匀性,这种温度分布的不均匀导致储气室洞壁与压缩空气之间的对流换热模型失真,导致温度计算结果偏差大。考虑混合对流换热的改进模型二可以较好地解决储气阶段温度计算结果与真实结果之间偏差过大的问题。算例分析证明了改进模型二的合理性。【结论】本文的改进模型二可为CAES地下储气库容积优化设计与效率分析提供计算依据。

基于MetCal的铜阳极炉精炼过程热力学仿真模型

基于多相平衡原理、过程反应机理和MetCal软件平台,采用化学平衡常数法,建立铜阳极炉精炼过程热力学仿真模型和仿真系统。在典型生产工况条件下,模拟计算氧化期和还原期的产物组成和关键技术指标。结果表明:氧化期铜液中Cu含量的计算相对误差为0.14%,微量元素S、O的含量计算绝对误差分别为0.0057%和0.252%;还原期铜液中Cu含量相对误差为0.16%,S、O的含量计算绝对误差分别为0.0003%和0.002%,精炼渣Cu含量计算误差为4.69%,Pb、Zn、As、Sb和Bi等杂质元素在氧化期铜液与粗铜中的分配比计算结果与生产数据误差分别为2.82%、4.94%、6.24%、6.69%和0.07%。因此,所构建模型和计算系统能较好地反映铜阳极炉精炼过程的实际生产情况,具有精准预测该精炼过程和优化工艺参数的潜力,可有效指导铜阳极炉精炼过程的生产实践。

压缩空气储能储气库热力学改进的数学模型

为提高压缩空气储能系统效率,实现对能量与储气资源的高效利用,提出了一种针对压缩空气储能储气库热力学改进的数学模型。该模型基于热力学基本原理,对储气库中的空气压缩、储气加热、热量存储与热量释放行为进行描述,并考虑了各种可能的热力学改进方法。通过模拟和分析,模型揭示了压缩空气储能系统的热力学特性和效率问题,可为实际系统的设计和改进提供理论支持。

基于ThermaKin模型的环氧树脂热解反应动力学与热力学研究

为评估环氧树脂涂层材料的火灾危险性,提出了一种借助ThermaKin模型解析腰果酚改性胺固化的环氧树脂(EP-PAA)材料热解特性的方法。该方法通过对热重分析(TGA)试验结果进行数值反演,获取EP-PAA材料的热解反应动力学参量,并通过对差示扫描量热分析(DSC)试验结果进行数值反演,求取EP-PAA材料的固相反应物与生成物的比热容及热解反应热,建立完整的热解反应模型。结果表明:EP-PAA材料的热失重主要集中于550~800K温度区间,且其质量损失速率峰呈双峰分布;通过由两步连续一级反应(均为吸热反应)组成的热解反应模型实现了对TGA和DSC试验结果的准确预测;不同升温速率条件下该热解反应模型的残碳值和质量损失速率峰值预测结果与TGA试验结果的误差分别小于5%和8%,该研究结果进一步验证了本模型的可靠性和准确性。

化工尾气提浓碳源气相态实验测定和热力学预测模型研究

化工厂提浓CO_(2)尾气是吉林油田注CO_(2)驱油主要气源,掌握提浓碳源气相态性质是设定后续注气工艺参数的基础。本文首先测定了吉林油田周边三个大型化工厂提浓碳源气在273~333 K、0.5~33 MPa范围内的相态性质,掌握了碳源气泡/露点条件、两相区宽度、偏差因子的变化规律和程度。以实验结果为基础,修正SRK状态方程引力相参数和构建CO_(2)与其余组分之间二元交互作用关联性,建立了碳源气压缩因子热力学预测模型,模拟值和实验值相对偏差小于2.5%。进一步结合建立的单组分热熔计算关联式,计算获得了各碳源气的焓和熵值,掌握了其变化规律。本文为碳源气的后续应用提供了重要基础数据和理论支撑。

基于颗粒重组理论的水合物沉积物温-压耦合热力学模型

水合物沉积物赋存时的温度和孔隙水压变化对沉积物的力学性质影响明显。基于颗粒重组理论,通过引入温-压耦合系数δ、剪应变和体应变胶结应力衰减方式(λ_(v),λ_(s))和水合物饱和度影响下的剪胀方程d,建立了水合物沉积物温-压耦合热力学模型。利用数值模拟结果同室内试验结果的对比分析,从宏观力学性质变化和微观作用机理两个角度探讨了围压、水合物饱和度和温-压耦合系数对沉积物力学特性的影响。最后,对模型中的刚度系数和体应变衰减参数进行敏感性分析。结果表明:引入温-压耦合系数的水合物沉积物模型能够很好的描述沉积物赋存的温度和水压同其力学特性变化关系。环境温度降低和水压增大增强了微观层面水合物的胶结强度和刚度,宏观表现为峰值强度、应变软化和剪胀性提高。刚度系数γ通过增大沉积物初始刚度使得沉积物表现出更强的峰值强度。体应变衰减参数λ_(v)通过提高胶结应力衰减速率增强沉积物的应变软化特性。

NaF-Na_(3)PO_(4)-H_(2)O体系相图与热力学模型

NaF–Na_(3)PO_(4)–H_(2)O体系是稀土矿物加工的典型盐水体系,开发氟、磷回收工艺需要该体系的相图和热力学模型支持。利用等温溶解平衡法测定了273.15 K、298.15 K、323.15 K和348.15 K的固液相平衡数据,并基于eNRTL模型框架构建了该体系从最低共熔点到348.15 K的热力学模型。实验结果表明:NaF–Na_(3)PO_(4)–H_(2)O体系存在NaF、Na_(3)PO_(4)·12H_(2)O、Na_(3)PO_(4)·8H_(2)O和复盐NaF·2Na_(3)PO_(4)·19H_(2)O 4个固相物种;其中复盐在各温度均占据三元体系的主要相区,磷酸钠水合物的相区极窄,很难单独成盐,NaF相区相对较大并随温度升高而增大。热力学模型研究较好地表达了NaF–H_(2)O、Na_(3)PO_(4)–H_(2)O体系的多温离子活度系数、溶液渗透系数、二元体系相图,获得了盐水作用参数和6个固相的热力学数据;通过对三元体系多温相图数据的有效表达,获得了盐-盐作用参数和复盐的热力学数据,在此基础上推测了NaF–Na_(3)PO_(4)–H_(2)O体系相图结构,获得了难以实验测定的9个零变量点和9条单变量共饱和线,从而得到了全部固相的平衡相区,并给出了NaF–Na_(3)PO_(4)–H_(2)O体系完整相图,为更复杂体系的热力学表达以及工业应用提供了参考依据。

预测石蜡沉积的热力学模型

溶解石蜡的原油在稳定状态下为真溶液,当热力学条件改变时,石蜡以结晶方式析出而沉积于孔隙介质表面或管壁,引起严重堵塞,给油田生产造成巨大危害。提出了预测石蜡从原油中沉积的热力学模型,根据正规溶液理论对固体混合物的非理想性进行了校正。该模型采用状态方程统一描述气相和液相,能够体现体系组成、压力、温度以及不同组分间相互作用的影响,使热力学模型能够更真实地反映多相相平衡规律;考虑了液相、固相的热容差对石蜡沉积的影响,能够确定石蜡从原油中开始析出的温度(或压力),以及随着温度的降低(或压力的改变)所沉积出的石蜡数量。用该模型预测的石蜡沉积起始温度与实验数据一致性较好。图2表2参6(邓春萍摘)

平流层飞艇热力学模型和上升过程仿真分析

建立了平流层飞艇的热力学控制模型,并采用该模型对飞艇的上升过程进行了仿真分析。分析表明,飞艇上升过程中的热力学和动态传热过程对飞艇的浮力和飞行控制有重要影响;飞艇上升过程中,为保持艇内外压差,需维持较大的空气出流量,艇内气体随外界压力降低膨胀做功,飞艇会处于较大的超冷状态,飞艇与外界大气的对流换热和日照条件下吸收太阳热辐射能量,可减轻飞艇的超冷状态;飞艇上升速率越快,艇内外气体温差越大,飞艇超冷状态越严重,净静升力降低越大。

金属合金溶液热力学模型研究进展

对二元合金热力学数据的拟合和预测模型,由二元系热力学性质预测三元系热力学性质模型,以及多元溶液组元的活度 相互作用参数表达式等金属合金溶液热力学模型的研究历史和目前进展进行了全面阐述,并对各模型的特征进行了评述.

气-液-固三相相平衡热力学模型预测石蜡沉积

在油气开采过程中 ,当体系的温度、压力或组成等热力学条件发生改变时 ,油气体系内的蜡质、胶质、沥青质等有机固相物质将会从体系中析出而沉积 ,给油气田生产带来严重的危害。采用状态方程和溶液理论相结合而建立了能模拟石蜡沉积的气 液 固三相相平衡热力学模型。根据正规溶液理论描述固相混合物的非理想性 ,采用状态方程描述气相和液相的相态。运用该模型对某一含气原油进行了蜡固相沉积模拟计算 ,计算结果表明 ,压力对蜡沉积有较大的影响 。

碎屑岩骨架颗粒溶解的热力学模型及地质意义

基于热力学平衡原理,探讨了不同温压条件下,碎屑岩在成岩过程中各种骨架颗粒溶解相关的9个反应吉布斯自由能增量和平衡常数的计算结果说明:各种骨架颗粒(钾长石、钠长石、钙长石以及铁镁暗色矿物中的辉石、角闪石等)在成岩过程中的稳定性都较弱,抗溶蚀能力都不高;铁镁暗色矿物和中基性斜长石在碎屑岩的成岩条件酸性介质中,比酸性斜长石和碱性长石更易发生溶解,形成次生溶蚀孔隙,为油气的储集和运移提供空间和通道。

生物质气化过程的热力学模型研究

在综合考虑系统散热和碳不完全转化等因素的情况下,基于物质平衡、能量平衡和化学反应平衡建立了生物质气化过程热力学模型,并用Newton-Raphson方法对模型进行了求解。模型计算结果与文献数据基本吻合。最后,利用所建模型分析了空气预热温度、原料含水率、反应温度、空气当量比对气体成分、热值等指标的影响程度。

U型、W型和螺旋型埋管形式能量桩热力学特性对比模型试验

能量桩是一种可以节省地下空间和施工埋管费用的新技术,目前针对其在供暖和制冷过程中土体和桩基之间的相互作用机制研究却相对较少。基于模型试验方法,系统地研究了饱和砂土中单U型(绑扎和预埋形式)、W型和螺旋型等4种不同埋管形式情况下的能量桩热力学效应、传热和承载特性,测得桩体和桩周土体温度、桩端阻力、水平土压力、桩顶位移以及桩体应变随时间的变化规律。试验结果表明,在相同输入功率情况下W型埋管形式桩体的温度、土体压力、应力和桩顶位移均较螺旋型和U型埋管形式的情况大。

基于热力学模型的煤孔隙结构分形表征

煤的孔隙结构复杂,难以用传统的欧氏几何理论描述其复杂性,而分形理论可定量表征孔隙结构的复杂程度。通过对渭北煤田韩城矿区10个煤样进行的压汞实验,采用热力学分形模型,获得了煤的渗流孔的分形维数,定量表征了煤的孔隙特征,并探讨了分形维数与渗透率的关系。研究表明:对于同等变质程度的煤来说,煤中吸附孔越多,孔隙分形维数越大;煤孔隙分形维数与渗透性呈负相关关系。由此可见,煤的渗流孔分形维数可作为煤储层渗透性评价的定量指标之一。

涡轴发动机起动过程的一种气动热力学实时模型

采用部件法建立了某涡轴发动机的起动模型,研究了温升对起动过程的影响,考虑部件特性在低状态下的变化和边界、环境条件对各截面输出参数的约束,给出了某发动机的起动仿真结果。仿真结果表明动力学起动模型能够对发动机的起动过程进行真实的模拟。

用MATLAB编程求解Zn(Ⅱ)-NH_4Cl-NH_3-H_2O体系热力学模型

应用MATALAB语言编写程序建立Zn(Ⅱ)-NH4Cl-NH3-H2O体系的多元非线性热力学模型并求解其热力学关系. 模型中共有pH值、游离氨浓度、总氨浓度、溶液中总锌浓度、总氯浓度和游离氯离子浓度 6个变量, 共有锌量、氨量、氯量和电荷平衡4个方程. 根据电算指数法, 模型中各离子浓度之间服从对数和指数关系. 输入需求解的方程及其边界条件, 求出总氨浓度和总氯浓度分别在0～10 mol/L范围内变化时, 其他未知数随之变化的关系, 并绘制各种重要的热力学关系图, 包括各种立体图和二维图. 对用MATLAB求解模型和用BASIC求解模型的所得结果以及与氧化锌溶解度实验所得结果之间的差异进行分析. 结果表明, 用MATLAB编程求解冶金多元非线性热力学模型, 过程简单, 所得结果精确可靠, 根据计算所得数值可方便地绘制成各种图形, 便于进行冶金分析.

谷物湿热平衡新模型及热力学特性的研究

建立谷物平衡水分与相对湿度在不同温度下的关系模型,并利用小麦、玉米、水稻、大米的静态平衡试验数据进行拟合。结果表明,该方程适合描述小麦、玉米、水稻、大米的等温线,可直接求解出谷物的平衡水分。另外,根据所建立的模型,预测了不同温度条件下的安全储藏水分,并对谷物的热力学性能进行了分析:吸着等热值随着平衡水分值的减小而增加,解吸等热值增加更为显著;解吸和吸附过程中吸着等热值均高于水汽化潜热;平衡水分大于25%后,吸着等热值趋于稳定,与汽化潜热值接近;根据分析所得数据,拟合了小麦、稻谷、玉米解吸与吸附过程的吸着等热曲线回归方程,为以能量化的观念实施粮仓作业管理,实现高效、合理、节能储粮提供了有利依据。

气体水合物生成机理和热力学模型的建立

提出了一个双过程水合物成核动力学机理模型 :(1 )拟化学过程生成基础水合物 ;(2 )小分子气体在基础水合物中的拟Langmuir吸附形成化学组成不恒定的水合物 .以此机理模型为基础建立了水合物热力学模型 .大量检验结果表明 ,新模型在预测气体水合物 (特别是由很复杂的天然气、凝析气和原油生成的水合物 )生成条件方面优于传统的vanderWaals -Platteeuw(vdW -P)模型及其改进型 ,且计算方法更简单 .

基于热力学过程的渤海海冰生消模型

为了对渤海海冰生消问题进行模拟,基于三维自由水面垂向分层动网格的Euler-Lagrangian模式,采用VC(Vertex-Centered)方式的非结构化有限体积方法离散三维浅水方程组,模拟渤海的水流运动过程。以此水动力场为背景,引入热力学过程的影响,对渤海海域的冬季结冰过程进行模拟,建立了海冰生消模型。其中热力学参数主要包括大气温度、相对湿度、风场特征、太阳辐射、感热通量系数以及潜热通量系数。以渤海2011/2012年常冰年的结冰过程为例,将各个热力学参数对冰情影响的敏感性进行分析,对模型进行了验证。结果表明,感热与潜热系数是对冰情影响最敏感的一项,即当感热和潜热通量系数仅减小了0.000 2后,其海冰的最大厚度就减小了15 cm。最后,通过连续实测的水动力数据与2009/2010年冬季的典型海冰灾害过程再一次对模型进行了验证,充分说明了模型具有较高的精确性、稳定性与实用性。