用改进的PR状态方程研究高温高压湿空气的热物性

摘要

在计算湿空气的热力性质时，一般是把湿空气当作理想气体处理，这种假设在供暖通风、空调制冷和干燥等技术领域具有足够的精确性，而在高温高压下可能导致较大误差。近年来发展的高效环保的湿空气透平(HAT)循环系统，在目前的研究范围内，在其饱和器中，湿空气温度可达到250℃，压力约为2MPa，而在其通过燃烧室加温进入涡轮时，温度达到1600K以上。另外，高效压缩空气储能系统(CAES)要求工质(湿空气)压力达到15MPa。显然此时对循环工质湿空气的计算就不能当成理想气体处理了。但目前世界上关于湿空气的实验数据还很少，而且温度不高于350K。因此，为了满足工程设计的要求，湿空气必须看作实际气体，以便在高温高压条件下运用理论方法准确确定其热力学参数。
　　 本文针对新型热力循环中对高温高压湿空气热力学性质参数的需求，以湿空气透平和压缩空气蓄能系统中的工质为研究对象，采用改进的PR状态方程来预测高温高压下湿空气的焓、熵、相平衡等性质，并计算了湿空气的迁移性质。
　　 本文的主要工作为：
　　 ①针对湿空气中水为强极性物质，改进PR状态方程中引力项参数a的形式得到MPR1方程。对所研究的湿空气体系，选用合适的二元交互作用参数，从而确定混合法则。
　　 ②用MPR1方程和PR方程计算饱和湿空气在5MPa以内的压缩因子，与ASHRAE的数据进行比较，并分别计算相对误差。
　　 ③分别用MPR1方程和PR方程计算湿空气在不同工况下的偏差焓，分析了压力、温度和含湿量对湿空气性质的影响；计算了在本文研究范围内的实际湿空气的焓和熵，并与理想湿空气的焓和熵进行了比较。
　　 ④根据已有的湿空气气液相平衡数据，重新拟合PR立方型状态方程的参数得到MPR2方程，利用MPR2方程和活度系数法计算湿空气的相平衡性质，并将计算结果与现有实验数据进行比较。
　　 ⑤通过分析，选取合适的模型，计算湿空气在常压下的密度以及粘度、导热系数等迁移性质，将计算结果与已有实验数据进行比较，并推广至预计湿空气在高温高压下的迁移性质，讨论温度、压力、含湿量等对湿空气迁移性质的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景

1.2湿空气研究现状概述

1.3状态方程法研究工质热物性概述

1.4本文的研究意义及内容

2用改进的MPR1方程计算湿空气的压缩因子、焓和熵等性质

2.1立方型状态方程的改进方法

2.1.1对引力项的改进

2.1.2对斥力项的改进

2.2 PR方程及其改进

2.2.1 PR方程

2.2.2改进PR状态方程得到MPR1状态方程

2.2.3混合法则

2.3湿空气组分的基本参数

2.3.1湿空气模型

2.3.2湿空气组分的参考常数

2.4用MPR1方程计算湿空气的压缩因子

2.5用MPR1方程计算湿空气的焓和熵

2.5.1偏差函数

2.5.2结果与分析

3湿空气的气液平衡

3.1气液相平衡理论

3.2气液相平衡计算类型

3.3湿空气的气液相平衡的计算

3.3.1 MPR2方程的提出

3.3.2用活度系数法计算湿空气的气液相平衡

3.3.3计算结果与分析

4湿空气的密度及迁移性质计算

4.1密度

4.2粘度

4.2.1常压下湿空气粘度的计算

4.2.2加压下湿空气粘度的计算

4.3导热系数

4.3.1常压下湿空气导热系数的计算

4.3.2加压下湿空气导热系数的计算

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录