Модифікація рівняння стану Редліха-Квонга-Анг’є для визначення ступеня сухості в двофазній області CO2

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2021.04.017
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Випуск Том 24, № 4, 2021 (грудень)
Сторінки 17–27

 

Автор

Г. С. Воробйова, Національний аерокосмічний університет «Харківський авіаційний інститут» ім. М.Є. Жуковського (61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17), e-mail: vorobyovaanna1610@gmail.com, ORCID: 0000-0002-4181-8269

 

Анотація

Ступінь сухості є найважливішим параметром, що визначає стан реального газу і термодинамічні властивості робочого тіла в двофазній області. У статті наведено модифіковане рівняння стану Редліха-Квонга- Анг’є визначення ступеня сухості в двофазній області реального газу. Як досліджуване робоче тіло обрано СО2. Результати провалідовані за допомогою рівняння Спана-Вангера, наведеного у програмі mini-REFPROP та найбільш наближеного до експериментальних даних у двофазній області СО2. Для запропонованого методу вхідними даними є температура і густина, критичні властивості робочого тіла, його коефіцієнт ацентричності, а також молярна маса. У процесі його розв’язання знаходяться тиск, який для двофазної області стає тиском насиченої пари, об’єми газової і рідкої фаз двофазної області, густина газової і рідкої фаз, а також ступінь сухості. Тиск насиченої пари визначено методом Лі-Кеслера і Пітцера, результати добре збігаються з експериментальними даними. Об’єм газової фази двофазної області знайдено за модифікованим рівнянням стану Редліха-Квонга- Анг’є. У статті запропоновано кореляційне рівняння для масштабної поправки, що використовується в рівнянні стану Редліха-Квонгда-Анг’є для газової фази двофазної області. Об’єм рідкої фази знайдено методом Ямади-Ганна. Об’єми обох фаз були провалідовані з базовими даними і добре збігаються. Отримані результати для ступеня сухості також показали хороший збіг з базовими значеннями, що забезпечує можливість застосування запропонованої методики у всій двофазній області, обмеженої температурним діапазоном від 220 до 300 К. Результати також відкривають можливість для розвитку методики в області потрійної точки (216,59–220 К) і в навколокритичній області (300–304,13 К) та для визначення з більшою точністю основних термодинамічних параметрів СО2 в двофазній області, таких, як ентальпія, ентропія, в’язкість, коефіцієнт стиснення, питома теплоємність і коефіцієнт теплопровідності для газової і рідкої фаз. Завдяки простоті форми рівняння стану і невеликої кількості емпіричних коефіцієнтів отриману методику можна використовувати для практичних задач обчислювальної гідродинаміки без великої затрати часу на обчислення.

 

Ключові слова: двофазна область СО2, тиск насиченої пари, рівняння стану Редліха-Квонг- Анг’є, метод Лі-Кеслера і Пітцера, метод Ямади-Ганна, ступінь сухості.

 

Література

  1. Redlich O., Kwong J. N. S. On the thermodynamics of solutions. V. An equation of state. Fugacities of gaseous solutions. Chem. reviews. 1949. Vol. 44. Iss. 1. P. 233–244. https://doi.org/10.1021/cr60137a013.
  2. Soave G. Equilibrium constants from a modified Redlich-Kwong equation of state. Chem. eng. sci. 1972. Vol. 27. Iss. 6. P. 1197–1203. https://doi.org/10.1016/0009-2509(72)80096-4.
  3. Peng D. Y., Robinson D. B. A new two-constant equation of state. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. 1976. Vol. 15. Iss. 1. P. 59–64. https://doi.org/10.1021/i160057a011.
  4. Haghtalab A., Mahmoodi P., Mazloumi S. H. A modified Peng–Robinson equation of state for phase equilibrium calculation of liquefied, synthetic natural gas, and gas condensate mixtures. The Canadian J. Chem. Eng. 2011. Vol. 89. Iss. 6. P. 1376–1387. https://doi.org/10.1002/cjce.20519.
  5. Thamanavat K., Sun T., Teja A. S. High-pressure phase equilibria in the carbon dioxide+ pyrrole system. Fluid Phase Equilibria. 2009. Vol. 275. Iss. 1. P. 60–63. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2008.09.019.
  6. Chapoy A., Ahmadi P., de Oliveira Cavalcanti Filho V., Jadhawar P. Vapour-liquid equilibrium data for the carbon dioxide (CO2)+ carbon monoxide (CO) system. The J. Chem. Thermodynamics. 2020. Vol. 150. Paper 106180. https://doi.org/10.1016/j.jct.2020.106180.
  7. Renon H., Prausnitz J. M. Local compositions in thermodynamic excess functions for liquid mixtures. AIChE J. 1968. Vol. 14. Iss. 1. P. 135–144. https://doi.org/10.1002/aic.690140124.
  8. Abudour A. M., Mohammad S. A., Robinson Jr R. L., Gasem A. M. Volume-translated Peng-Robinson equation of state for liquid densities of diverse binary mixtures. Fluid Phase Equilibria. 2013. Vol. 349. P. 37–41. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2013.04.002.
  9. Aungier R. H. A fast, accurate real gas equation of state for fluid dynamic analysis applications. J. Fluids Eng. 1995. Vol. 117. Iss. 2. P. 277–281. https://doi.org/10.1115/1.2817141.
  10. Wilson G. M. Calculation of enthalpy data from a modified Redlich-Kwong equation of state. Advances in Cryogenic Eng. 1966. Vol. 11. P. 392–400. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-0522-5_43.
  11. King C. J., Foss A. S., Grens E. A., Lynn S., Rudd, D. F. Chemical Process Design and Engineering. Chem.  Eng. Education. 1973. Vol. 7. Iss. 2. P. 72–74.
  12. ANSYS FLUENT 12.0 User’s Guide https://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/ug/main_pre.htm.
  13. Безверхий П. П., Мартынец В. Г., Матизен Э. В. Уравнение состояния 4He, включающее регулярную и скейлинговскую части. Физика низких температур. 2009. Т. 35. № 10. С. 947–955.
  14. Рыков С. В., БагаутдиноваА. Ш. Численный анализ кроссоверного уравнения состояния. Науч. журн. НИУ ИТМО. Сер. Холодильная техника и кондиционирование. 2009. Т. 1. С. 1–24.
  15. Lee B. I., Kesler M. G. A generalized thermodynamic correlation based on three-parameter corresponding states. AIChE J. 1975. Vol. 21. Iss. 3. P. 510–527. https://doi.org/10.1002/aic.690210313.
  16. Span R., WagnerW. A new equation of state for carbon dioxide covering the fluid region from the triple-point temperature to 1100 K at pressures up to 800 MPa. J. Phys. and Chem. Reference. 1996. Vol. 25. Iss. 6. P. 1509–1596. https://doi.org/10.1063/1.555991.
  17. Zhu Y., Jiang Y., Liang S., Guo C., Guo Y., Cai H. One-dimensional computation method of supercritical CO2 labyrinth seal. Appl. Sci. 2020. Vol. 10. Iss. 17. Paper 5771. https://doi.org/10.3390/app10175771.
  18. Gilgen R., Kleinrahm R., Wagner W. Supplementary measurements of the (pressure, density, temperature) relation of carbon dioxide in the homogeneous region at temperatures from 220 K to 360 K and pressures up to 13 MPa. The J. Chem. Thermodynamics. 1992. Vol. 24. Iss. 12. P. 1243–1250. https://doi.org/10.1016/S0021-9614(05)80264-2.
  19. Anwar S., Carroll J. J. Carbon Dioxide Thermodynamic Properties Handbook: Covering Temperatures from-20° to 250° C and Pressures Up to 1000 Bar. John Wiley Sons. 2016. 608 p. https://doi.org/10.1002/9781119083948.
  20. Yamada T., Gunn R. D. Saturated liquid molar volumes. Rackett equation. J. Chem. and Eng. 1973. Vol. 18. Iss. 2. P. 234–236. https://doi.org/10.1021/je60057a006.

 

Надійшла до редакції 07.09.2021