分子动力学模拟预测天然气密度和黏度的可行性研究

天然气作为相对清洁、低碳的能源,在我国的一次能源消费占比持续增长,其物性的精准预测对天然气集输利用过程分析至关重要。通过收集文献中天然气在不同温度和压力下的物性实测数据,对比分析了分子动力学模拟和常用经验模型计算天然气密度和黏度的预测精度,明确了不同组成天然气适用的最佳物性预测模型。结果表明,分子动力学模拟在预测天然气黏度方面具有较强的适用性,尤其是在高温高压条件下,当温度为444.4 K时,平均相对误差小于5%;天然气密度则采用现有相对成熟的经验模型更合适,而采用分子动力学模拟方法的几种力场模型预测其精度均不高;天然气密度和黏度预测模型的预测精度,不仅受温度和压力范围的影响,还与天然气组成有关。     

密相CO2管道泄漏失压过程热力学特性

开展了3组不同孔径(50、100和233 mm)工业规模密相CO_2管道(长258 m、内径233 mm)泄漏实验,记录了管内不同位置处CO_2压力和温度的时程曲线。应用REFPROP软件,获得CO_2密度、焓值和Prandtl数(Pr)的变化,研究了密相CO_2管道泄漏失压过程的热力学特性变化规律。结果表明:管道发生泄漏后,密相CO_2迅速转为气液两相,随着实验进行气液两相转为气相,并伴随固相干冰生成。相态变化导致管内介质焓值增大,介质密度突降,口径越小其参数变化越明显。由于管内介质形成多相流流体流动,越靠近泄漏口管顶位置温度变化越大,对流换热强度越大。随泄漏口径增大,CO_2相变明显,Pr增大,管内介质换热从管底向管顶移动。管内换热效果在CO_2相变临界点位置达到最好。     

基于回归分析和GA-BP神经网络算法的3D打印件弯曲性能预测

为进一步探究熔融沉积成型(FDM) 3D打印参数和制件弯曲性能之间的关系,创建合理的FDM 3D打印制件弯曲强度预测模型。根据正交试验L16 (45)的设计原则和神经网络算法模型的构建要求,按照不同分层高度、填充密度、打印温度、打印速度以及外壳厚度五种因素,制备25组试验试样,并进行弯曲性能检测。随后通过建立GA-BP神经网络模型、传统BP神经网络模型以及多元回归方程模型,分别对FDM 3D打印制件弯曲性能进行预测,并将预测数据与试验测试数据进行对比。通过对比发现,GA-BP神经网络模型预测数据与试验测试数据更为接近,其平均误差为3.71%,且误差值整体波动最小,BP神经网络模型与多元回归方程模型预测精度相差不大,BP神经网络模型预测平均误差为8.05%,多元回归方程模型预测平均误差为9.07%,但多元回归方程误差值整体波动最大。因此,采用GA遗传算法优化后的BP神经网络模型在进行FDM 3D打印制件弯曲性能预测方面具有更高的精度和更良好的稳定性。     

甲基丙烯酸甲酯本体聚合中物性参数的测定及关联

甲基丙烯酸甲酯(MMA)本体聚合过程中比热容、黏度和导热系数等物性参数是影响聚合动力学和体系传热的重要因素.研究了聚合转化率和温度对MMA本体聚合体系密度、比热容、黏度和导热系数的变化,发现随着转化率增大,体系比热容减小,密度、黏度和导热系数增大,并存在黏度发生突变的临界转化率;随着体系温度增大,密度和导热系数减小,比热容和黏度突变对应的临界转化率增大.建立了能描述各物性参数随转化率(聚合物浓度)和温度变化的数学关联式,计算值和实验值吻合较好,建立的各关联式能较好地预测MMA本体聚合中的物性的变化,可为聚合配方及传热的设计提供基础.     

以降压为目的的CO_2混合工质制冷系统研究进展

自然工质CO_2因其具有良好的环境友好特性(ODP=0,GWP=1)、单位容积制冷量高、良好的传热性能等优点而得到制冷行业的再次关注。然而,由于其自身物性及工况条件的限制,在实际应用中CO_2制冷系统大多采用跨临界循环,高压侧压力高达12MPa左右,这对系统各部件的安全性和制造成本提出非常高的要求。本文总结了目前采用CO_2混合工质来有效改善纯CO_2制冷系统运行压力较高问题的制冷循环系统,综述了国内外以降压为目的的CO_2混合工质制冷系统研究进展,分析了CO_2混合工质的跨临界制冷循环系统、自复叠式制冷系统以及压缩-吸收耦合循环系统各自的特点,指出了以降压为目的的CO_2混合工质制冷系统的发展前景,并对今后的CO_2混合工质制冷系统的主要研究方向进行了讨论。     

CO2跨临界循环系统性能影响的研究进展

CO_2因其优良性质被认为是最具有潜力的长期热泵替代工质。然而,实际应用中CO_2循环系统大多采用跨临界循环,其高压侧压力比常规系统要高很多。为了解决这一问题,一些学者尝试将性能优异的冷媒与CO_2组成混合制冷工质应用于CO_2跨临界循环系统中。从国内外CO_2跨临界系统的研究及应用现状出发,总结了当前典型的CO_2混合工质跨临界制冷循环系统,并概述了不同种类添加剂对CO_2热泵系统性能的影响,为CO_2跨临界系统的进一步研究和应用提供了参考和依据。     

LNG接收站蒸发计算状态方程选择

LNG物性参数是LNG接收站模型建立、工艺流程模拟计算及研究必不可少的基础数据。以国外实验数据为基础,采用Aspen HYSYS软件分析评价PR、SRK、LKP、BWRS状态方程对气液相组成、焓、密度等物性参数的预测结果,比选汽液相平衡和热力学参数的计算状态方程,建立了LNG接收站储罐蒸发模型,并比较了四种状态方程的准确度。结果表明：PR方程在汽液相平衡计算方面计算精度最高,相对误差为4.70%;LKP方程计算热力学参数最准确,预测误差为2.59%。综合考虑相平衡参数和热力学参数计算精度,PR方程精度最高,预测误差为3.77%。此外,PR方程对LNG储罐蒸发和储罐压力的模拟计算值与现场数据吻合度最好,因此LNG接收站蒸发计算推荐选用PR方程。研究结果对物性参数和LNG接收站蒸发计算状态方程的选择具有借鉴意义。     

离子液体[BMP][Tf_2N]基本物性的实验及模型关联研究

针对离子液体[BMP][Tf_2N]的物性数据缺乏的问题,在101.325 kPa下对[BMP][Tf_2N]在温度范围为278.15～338.15 K的黏度和温度范围为298.15～338.15 K的密度、电导率进行了实验测定。结果表明,黏度、密度和电导率在温度范围内的值分别是21.6～193.4 mPa·s、1 356.0～1 389.2 kg/m³和0.273～0.893 S/m,黏度、密度和电导率均受温度的影响较大,当压力一定时,[BMP][Tf_2N]的黏度、密度随温度的升高而减小;而电导率随温度的升高而增大;分别采用Arrhenius方程、自然对数方程和VFT方程关联[BMP][Tf_2N]的黏度、密度和电导率的实验数据表明,模型值与实验值的最大相对误差和平均相对误差分别是2.25%和0.94%,5.74%和5.39%,4.412%和4.245%;进一步说明关联模型与实验数据具有良好的一致性。     

CO2在离子液体中溶解度预测模型的建立与应用

CO_2在离子液体中溶解度是离子液体对CO_2进行捕集回收的重要基础数据之一,研究提出了一种半经验半机理模型,用于预测CO_2在离子液体中溶解度。首先,基于Krichevsky-Kasarnovsky方程的先验机理知识构建了预测模型,并利用亨利常数经验Valentiner式和无限稀释偏摩尔体积经验多项式修正该模型,以提高模型的应用范围;将CO_2在多种离子液体和相应压力、温度范围中的溶解度实验数据分为训练集和测试集,训练集实验数据涵盖了相应的操作条件范围,采用非线性最小二乘优化算法对模型参数进行学习和修正,以提高模型的预测精度;然后,利用测试集对所建模型的预测性能进行评测,模型评测结果表明:该预测模型可用于CO_2在多种离子液体中的溶解度预测,预测结果与相应实验数据较为吻合,模型预测性能良好。研究工作为进一步丰富和完善CO_2在离子液体中溶解度的数据信息分析,提供了一种理论方法。     

离子液体[BMP][Tf_2N]基本物性的实验及模型关联研究

针对离子液体[BMP][Tf_2N]的物性数据缺乏的问题,在101.325 kPa下对[BMP][Tf_2N]在温度范围为278.15～338.15 K的黏度和温度范围为298.15～338.15 K的密度、电导率进行了实验测定。结果表明,黏度、密度和电导率在温度范围内的值分别是21.6～193.4 mPa·s、1 356.0～1 389.2 kg/m~3和0.273～0.893 S/m,黏度、密度和电导率均受温度的影响较大,当压力一定时,[BMP][Tf_2N]的黏度、密度随温度的升高而减小;而电导率随温度的升高而增大;分别采用Arrhenius方程、自然对数方程和VFT方程关联[BMP][Tf_2N]的黏度、密度和电导率的实验数据表明,模型值与实验值的最大相对误差和平均相对误差分别是2.25%和0.94%,5.74%和5.39%,4.412%和4.245%;进一步说明关联模型与实验数据具有良好的一致性。     

高含CO_2油井举升工艺接替时机分析

CO_2驱作为一项具有前景的工艺技术,既能补充地层能量,又能降低原油的黏度,相比注水开发具有独特优势。但由于CO_2对原油物性参数有较大影响,使得井筒中气液两相流动规律发生变化,不同于常规天然气和原油体系的流动规律。在CO_2-原油物性计算模型分析的基础上,建立了高含CO_2油井的节点分析模型,考虑高CO_2含量下的相态特点,在几种不同出口压力条件下,针对新疆油田不同CO_2含量和不同含水率情况下的停喷压力进行了预测。分析结果表明,停喷压力随含水率上升而增大,随CO_2含量上升而减小。     

矿浆管道输送临界流速试验研究

为了精确计算矿浆管道输送的临界流速,根据前人试验数据,分析了浆体浓度、管道直径、浆体粒径组成及浆体密度等对临界流速的影响,并进行机理分析。在研究前人计算临界流速公式的基础上,提出计算临界流速公式新模型及临界流速的新定义,通过量纲分析拟合出临界流速计算新公式,并对新公式进行验证。结果表明,临界流速随着浆体浓度和管径的增加而增大,随颗粒粒径和管径比值的增大而减小。本文的试验临界流速实测值与计算值最大误差为2.69%,平均误差为1.29%;文献中试验的临界流速实测值与计算值平均误差分别为4.18%、10.25%、11.45%;临界流速计算新公式平均误差均在12%以内,满足稀悬液浆体管道输送临界流速的预测要求。     

遗传-神经网络方法在炸药性能预测中的应用研究

采用炸药的装药粒度、相对密度等因素建立炸药爆轰临界直径的人工神经网络预测模型,并采用遗传算法对预测模型的权值与阈值进行遗传优化,采用遗传-神经网络模型预测炸药的爆轰临界直径。预测结果表明,遗传-神经网络模型预测结果更加准确。     

基于分子指纹和拓扑指数的工质临界温度理论预测

临界温度是一种非常关键的热物理性质,对其进行理论预测一直是热物性研究的热点。然而,早期预测模型往往不能有效区分工质同分异构体。本文借助机器学习算法,采用“分子指纹+拓扑指数”的新型分子结构描述方法表达工质的分子结构并建立临界温度模型,在测试集预测中的绝对平均偏差为3.99%,表明本文模型具有良好的预测能力。本文模型与文献对比的结果表明,新模型不仅可以有效区分工质同分异构体,在计算精度方面也超越了现有其他模型。     

基于指数平滑法的光催化涂料效果灰色预测模型及应用

通过自制Cu-TiO2光催化涂料,针对光催化涂料降解甲醛气体的效果与光催化时间的关系,利用环境测试舱模拟可见光源下的室内环境,从而获得甲醛气体浓度实测值。根据甲醛气体浓度实测值,分析GM(1,1)预测模型所存在的缺陷,在此基础上提出采用指数平滑技术和灰色理论相结合的方法构建一新的EX-GM(1,1)预测模型。该模型不仅可以大大减少实测值的随机性,还可以将实测值序列变换成规律性强的呈指数变化的序列,从而提高模型的预测精确度,其平均误差为-0.507%,尤其提高了Cu-TiO2光催化涂料降解甲醛效果预测过程后期(420～510 min)的精确度,其平均误差为-0.168%。EX-GM(1,1)预测模型的建立将为光催化涂料性能的研究提供一定的技术支持。     

工业流化床聚乙烯树脂性能模型的研究

本文首先分析了聚乙烯树脂熔融指数和密度变化的影响因素,建立了流化床动态过程中聚合物性能指标的递椎关系和工业流化床乙烯气相聚合过程产品质量的预测模型,利用乙烯气相（共）聚合过程中不同工艺条件下树脂的质量数据,对模型参数进行了优化,提出由于影响因素的相互关联,熔融指数和密度的控制应该联合进行;熔融指数和密度的计算值与测量值之间的平均误差分别为8.19%和0.13％。预测精度满足要求,模型可以应用于具体的工业生产过程。     

随机森林算法在石油馏分临界性质预测中的应用

在实测原油馏分临界性质及基础物性数据基础上,采用随机森林方法预测其临界性质。预测临界温度的随机森林模型训练的平均相对偏差在0.6%左右,测试的平均相对偏差在1.4%左右。预测结果精度较高,应用范围广。预测临界压力的随机森林模型训练的平均相对偏差一般在3%左右,测试的平均相对偏差一般在6%左右。考察了随机森林模型参数的影响,其中Ntree取500或800时预测结果能够满足要求;对于输入参数数目k≥4时,Mtry取k-1预测精度较高,当k较小时Mtry取k的预测精度较高。     

基于回归正交实验的NaCl-NH_4Cl-H_2O体系物性研究

ADC发泡剂废水蒸发处理过程中,准确的物性数据对于工艺计算和设备设计至关重要。为获得NaCl-NH_4-Cl-H_2O体系的物性计算模型,采用回归正交实验与多元回归分析方法进行试验,获得了NaCl-NH_4Cl-H_2O体系在20~80℃范围内比热、电导率、粘度、密度物性与溶液中氯化钠、氯化铵浓度及温度之间的计算模型,通过显著性检验,获得了因素对物性的影响大小。将模型的计算值和实验值进行比较,比热、粘度、电导率、密度的回归方程的相对误差分别在3.996%,2.22%,3.97%,0.781%以内,计算模型可应用于ADC废水处理设备的设计及工艺计算具有实用意义。     

基于多变量摄动的超临界CO2干气密封动态特性

超临界CO₂压缩机进口端干气密封工况处于临界点附近,强非线性物性及高Reynolds数流动使其密封特性异于常规介质干气密封。在综合考虑四种实际流体效应的稳态膜压求解模型基础上,基于摄动法推导了包括膜压、密度、黏度、Reynolds数、湍流系数和惯性系数在内的多变量摄动干气密封动特性数值模型。对比分析了超临界CO₂和N₂干气密封的动态特性,研究了不同频率比下各实际流体效应和变量摄动形式对超临界CO₂干气密封动特性系数的影响规律,获得了不同条件下动态特性的关键影响因素。结果表明：高频下超临界CO₂干气密封的刚度和阻尼系数较N₂干气密封降幅超过50%,湍流效应和实际气体效应对干气密封动态特性影响显著,低频下采用经典变量摄动和忽略湍流系数摄动会使动特性系数计算偏差很大,而高频下经典变量摄动模型对刚度系数的预测精度可接受。     

1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐离子液体的基础物性研究

新型功能性离子液体[emim]Ac吸收CO_2性能良好,但物性研究匮乏。在298.15—338.15 K温度范围内测定了离子液体[emim]Ac的黏度和表面张力及308.15—428.15 K温度范围内的比热容。结果表明:当压力一定时,离子液体[emim]Ac的黏度和表面张力均随温度的升高逐渐减小;比热容随温度的升高先减小后逐渐增大;分别采用Litovitz方程和Eotvos方程进行黏度、表面张力数据的关联,比热容与温度的关联式符合温度的N次函数,得出平均相对偏差分别为:0.04%,1.11%,3.53%,理论关联与实验测定结果一致。通过研究补充了离子液体[emim]Ac的相关物性,验证了模型关联对离子液体基础物性关联的可行性。