近临界区CO2物性预测模型对比与修正

超临界二氧化碳(SCO_2)布雷顿循环系统是未来极具潜力的发电能量转换系统,CO_2物性表征模型对布雷顿循环系统中动力设备转轴密封和轴承性能的预测精度影响显著。在总结权威文献中不同温度和压力下CO_2物性实验测试数据的基础上,对比分析了经典物性查询软件REFPROP软件中CO_2密度、黏度和热导率预测模型的预测精度,获得了预测精度最高的物性预测模型及对应临界点附近误差较大的区域,采用人工神经网络算法获得了近临界区预测精度更高的CO_2物性预测模型。结果表明:REFPROP软件中的FEK模型、VS1模型和TC1模型分别对CO_2的密度、黏度和热导率具有最高的预测精度,不过其在近临界区的物性预测最大和平均误差仍分别达到40%和8%以上,利用神经网络算法所获得的CO_2物性预测模型可使近临界点区的物性预测最大和平均误差分别降至30%和4%以下。     

优化温度相关力场预测正构烷烃热力学性质

为了实现不同温度下正构烷烃及其混合物热力学性质的准确预测,以正构烷烃（n-C₄~C₁₀）为训练集,通过对全原子OPLS-AA力场中非键相互作用参数（ε）的模拟优化,得到了ε与对比温度（T_r）以及正构烷烃碳原子个数（N_C）的经验关系式。利用该关系式计算出不同温度不同种类的正构烷烃的ε值,预测了正构烷烃纯物质及其混合物的黏度、密度、扩散系数等物性,并将新力场模拟计算值与理论估算值以及实验值进行比较。结果表明,采用优化温度相关力场预测烷烃及其混合物的物性与实验值最为吻合。密度、黏度和扩散系数的预测值与实验值的相对偏差分别小于2%、5%和10%,显著优于目前的理论方法和原OPLS-AA力场模拟计算的预测值。上述温度相关力场参数的确立,对于利用分子动力学模拟方法准确地预测正构烷烃及其混合物的热力学性质具有重要的实际应用价值。     

优化温度相关力场预测正构烷烃热力学性质

为了实现不同温度下正构烷烃及其混合物热力学性质的准确预测,以正构烷烃(n-C4~C10)为训练集,通过对全原子OPLS-AA力场中非键相互作用参数(ε)的模拟优化,得到了ε与对比温度(Tr)以及正构烷烃碳原子个数(NC)的经验关系式。利用该关系式计算出不同温度不同种类的正构烷烃的ε值,预测了正构烷烃纯物质及其混合物的黏度、密度、扩散系数等物性,并将新力场模拟计算值与理论估算值以及实验值进行比较。结果表明,采用优化温度相关力场预测烷烃及其混合物的物性与实验值最为吻合。密度、黏度和扩散系数的预测值与实验值的相对偏差分别小于2%、5%和10%,显著优于目前的理论方法和原OPLS-AA力场模拟计算的预测值。上述温度相关力场参数的确立,对于利用分子动力学模拟方法准确地预测正构烷烃及其混合物的热力学性质具有重要的实际应用价值。     

胺的密度的模拟研究

运用分子动力学模拟方法研究了氨、甲胺、三甲胺体系的密度。首先模拟与文献相同的温度和压力下的三甲胺密度,模拟值与文献实验值吻合得很好,于是预测了宽广的温度和压力范围内氨、甲胺、三甲胺体系的密度。     

利用BWRS方程计算天然气发热量

每一标准立方米或每一公斤不同组分的天然气所释放能量是不一样的。本文详细介绍了采用精度较高的实际气体BWRS状态方程进行多组分实际气体(天然气)的发热量数值计算方法,过程以及程序编制;精确地计算出不同温度和压力的状态下,天然气密度、压缩因子和发热量等物性参数。通过计算实例验证,表明所采用的数学模型和数值计算方法是可靠的,计算精度高,计算范围广。     

含CO_2天然气黏度计算模型及影响因素研究

CO_2相变会导致天然气黏度变化异常复杂,应用实验手段测量含CO_2天然气黏度数据具有一定困难,因此需要在已有黏度实验数据的基础上建立相关计算模型进行预测。根据含CO_2天然气黏度的预测方法,对比计算气体黏度的LBC、DS、LGE、Lucas等4种模型在预测CO_2气体黏度时的准确性。通过计算比较发现,LGE黏度计算模型误差较大,而DS方法能较准确地确定含CO_2天然气的黏度。应用DS模型对含CO_2天然气黏度进行计算,计算结果表明:压力升高时,气体黏度就会增大;相同温度、压力条件下CO_2含量越高,黏度越小。以上结论对研究超临界CO_2热物理性质、揭示井筒流动规律、油气相变预测具有重要意义。     

LNG热物性计算

天然气在其液化或液态状态下输送过程中,其物性参数随着温度和压力的变化而不断改变,因此液化天然气物性计算中不能按理想状态处理。根据实际工程需要,使用LKP方程及其关联式对密度、焓和熵值进行计算;通过对比态原理和Lohrenz等关联式计算了比热容和粘度。计算结果和实验数据对比,表明其计算精度满足工程实际需求。     

带压下原油组分(正十六烷+甲基环己烷+叔丁基苯)三元体系黏度与密度的测量与关联

密度和黏度数据是流体的重要物理性质,原油中主要化合物的密度和黏度数据对于原油流动、热量传递、质量传递等方面有显著影响。研究使用自主研制的落柱式黏度计,并以甲苯和正十六烷作为标准流体对仪器的可靠性和准确性进行了验证。选择正十六烷、甲基环己烷和叔丁基苯分别为原油中长链烷烃、环烷烃及芳香化合物的代表,测定了正十六烷+甲基环己烷+叔丁基苯三元体系在不同温度、压力和浓度下的密度和黏度值。测量的温度范围为318.15~378.15 K,压力范围为2.00~20.00 MPa。结果表明,黏度和密度均随温度升高而降低,随压力升高而升高,且随混合物组成的变化而明显改变。对于黏度数据采用自参考模型进行关联及预测计算,三元体系平均相对绝对偏差AAD关联与预测值分别为2.80%、4.90%。研究得到的原油体系的黏度、密度数据及模型参数,为原油开采及管道运输过程设计、开采技术改造、油藏储量计算等提供了数据支撑。     

中国神木煤灰渣在高温下的流变特性

利用高温流变仪测定了中国神木煤灰渣在不同温度下的流变特性,并利用光学显微镜观察了煤灰渣在高温下冷激后的微观形貌,同时利用热力学软件FactSage预测了煤灰渣在不同温度下结晶粒子的相对含量与其均相熔体组成随温度的变化。实验结果表明:当实验温度为煤灰渣的全液相温度时,其流型表现为牛顿性流体;当温度低于其全液相温度时,随着温度的降低,其流型依次变为Bingham流型与Casson流型。同时随着温度的降低,由于煤灰渣中的固含量在不断增加,使得煤灰渣表现出明显剪切变稀的流变现象。最后利用Urbain模型与改进后的Einstein-Roscoe模型分别对煤灰渣中均相熔体黏度与实际黏度进行了模拟,其模拟值与实验值有良好的相关性。     

离子液体[bmim][Tf2N]的分子动力学模拟

建立了离子液体1-正丁基3-甲基咪唑双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺（[bmim][Tf₂N]）的全原子模型,并分别在五种不同的温度和五种不同的压力下对其进行了分子动力学模拟。将[bmim][Tf₂N]密度的模拟结果与实验结果进行了比较,两者吻合良好,验证了模型准确性。此外,还对[bmim][Tf₂N]内部的相互作用能随温度和压力的变化规律进行了分析,结果表明：离子液体内部的库仑能、范德华能、长程作用能均随温度的升高而增加,系统达到平衡所需时间随之变短;相对温度而言,压力对离子液体内部相互作用能的影响较小;在各种相互作用能中,范德华能随温度和压力的变化最大;温度和压力对离子液体的构型不会产生影响。     

掺氢天然气输送管道放空系统适应性分析

针对天然气掺入氢气后其物性参数发生改变,放空过程的温度压力等变化规律也会因此发生改变的问题,采用TGNET软件建立掺氢天然气输送管道放空管路模型,分析放空过程中放空口温度、压力、泄放流量等参数的变化规律,并对比不同掺氢量、管内温度、管内压力情况下的放空过程。结果表明：紧急放空方式下,掺氢量对于放空过程影响很小;计划放空...     

CO_2腐蚀预测模型的评估和比较

很多二氧化碳腐蚀速率预测模型已经应用于油气生产系统中,这些模型包括经验模型和最近发展的机理模型。本文分析了5种不同CO2腐蚀模型,并对其在温度与压力不同的条件下进行了预测腐蚀速度比较,分析了不同模型的优劣。     

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。     

丁二酸二乙酯与乙醇混合液密度和黏度的测定及关联

在常压下采用U形振动管密度计和乌氏黏度计分别测定了丁二酸二乙酯与乙醇的混合液在298.15～343.15K下的密度和黏度,并由密度数据和黏度数据分别计算出了不同温度和组成下的超额体积VE和超额黏度Δη;VE为正值,Δη为负值,同时分别将不同温度下的超额体积、超额黏度与组成的关系用Redlich-Kister方程进行了关联。     

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。     

利用骨料预测环氧树脂系统在固化过程中的动态黏度

为了实时监测环氧树脂系统在固化过程中的黏度,建立了一种基于相似理论和落球法的动态黏度预测模型。首先,结合影响黏度的主要因素,利用量纲分析法,推导出无量纲的黏度方程;其次,通过分析实测黏度数据,得出不同粒径骨料在不同的反应时间条件下的黏度预测方程;最后,对比分析方程预测结果与实测黏度。研究结果表明：采用该方法能够在不同粒径骨料条件下预测树脂系统固化过程的实际黏度;预测黏度在树脂系统固化反应前期和后期的置信度高于固化反应中期;当骨料粒径在4.75～6.00 mm时,实测黏度与预测黏度吻合度相对最高。     

乙醇胺乳酸盐离子液体吸收SO2过程中的物理化学性质

测定了常压下乙醇胺乳酸盐-水二元混合体系纯组分及混合液在303.15～333.15 K温度内的密度和黏度, 并对实验数据进行拟合, 通过Jouyban-Acree模型将密度、黏度数据与温度和组成进行关联, 得到关联参数。实验还测定了不同水分含量下该体系饱和吸收SO₂后的密度、黏度。结果表明:该二元混合体系的密度随着温度以及水含量的增大而下降;在水分含量低时该体系的黏度随着温度以及含水量的增大而急剧下降;在水分质量分数超过60%时, 含水量对黏度变化的影响较小。在相同条件下饱和吸收SO₂后, 该体系的密度和黏度比吸收前的略有增大。另外, 分别由密度和黏度实验数据计算不同温度及组成下该二元体系的超额摩尔体积V^E和混合黏度变化Δη, 结果均为负值, 产生了负偏差, 说明离子液体与水之间较强的相互作用。     

BuNENA/DMSO二元体系密度、黏度测定及关联

利用密度瓶和乌氏黏度计分别测定了25,40,50,70℃时BuNENA/DMSO二元体系的密度、黏度,并对黏度与温度、组成的关系进行了多项式回归,模型计算值平均相对误差在0.17%—1.53%。由密度数据计算出超额摩尔体积VmE,由黏度数据计算出不同温度、组成下的超额黏度Δη,其中VEm为正值,Δη为负值。对混合液在不同温度下的VmE与组成的关系用Redlich-Kister方程进行了关联,平均相对误差小于3%。     

甲醇的自扩散系数的分子动力学模拟研究

分别采用柔性和刚性分子模型,运用分子动力学模拟方法研究了甲醇在较宽温度和压力范围的分子自扩散系数。结果表明,采用刚性分子模型得到的自扩散系数模拟值与文献实验值吻合得很好,远远优于采用柔性分子模型得到的结果。因此,可以采用刚性模型的分子动力学模拟来代替实验,获得高温高压条件下实验难以测量的甲醇自扩散系数。     

用计算机方法实现天然气物理性质分析和井底压力计算

天然气物理性质分析和井底压力对天然气气井的生产管理有着重要作用,是气田科学开发管理的依据[1]。通过计算机方法实现对天然气的物理性质分析,计算出密度、相对密度、临界压力、临界温度等参数。根据井口压力推算获得的井底压力,建立天然气井井底压力计算模型。比较手算方法和计算机迭代方法求解天然井底压力精度。结果表明,采用本文计算机软件实现的迭代模型计算结果比手算方法能平均提高3%以上的精度。