Описание программы

 

Комплекс создан по модульному принципу и позволяет в будущем расширить его функционал за счёт присоединения дополнительных модулей для расчёта других свойств (теплоёмкость, теплопроводность и пр.), а также модифицировать его для расчёта свойств газовых смесей.

Следует отметить, что модули могут работать, как индивидуально, так и группами, в зависимости от поставленной задачи. Например, для расчёта вязкости компонентов при атмосферном давлении не требуется расчёт факторов сжимаемости, и данный модуль подключается в случае необходимости.

Для расчёта факторов сжимаемости в данном программном комплексе используется уравнение состояния Бенедикта-Вебба-Рубина в модификации Ли-Кесслера. Данное уравнение состояния демонстрирует хорошие результаты, как для неполярных, так и для полярных веществ. Также его можно применять для смесей газов. Выбор именно данного уравнения состояния обусловлен, в частности, и спецификой дальнейшего применения рассчитываемого с его помощью фактора сжимаемости и его составляющих Z⁽⁰⁾ и Z⁽¹⁾ для расчёта прочих термодинамических параметров реальных газов. Также учитывались возможности по дальнейшему развитию данного метода.

Рис. 2.1. Принципиальная схема организации программного комплекса

 

Фактор сжимаемости Z интересующего нас i-го компонента рассчитывается по уравнению (2.3.1):

Z_i = Z⁽⁰⁾ + (w/w^R)(Z^(R) – Z⁽⁰⁾) = Z⁽⁰⁾ + wZ⁽¹⁾, (2.3.1)

где фактор ацентричности эталонного вещества (н-октана) w^R = 0,3978.

Фактор ацентричности простого вещества равен нулю. Помимо w исходными данными для расчёта являются температура, давление и критические параметры (P_c, T_c, V_c). Необходимые параметры уравнения состояния для простого и эталонного веществ брались из [13, табл. 3.9].

В ходе выполнения расчётов требовалось найти решения нелинейного уравнения, имеющего пять корней. Из всех корней выбирается либо минимальный, либо максимальный корень в зависимости от агрегатного состояния вещества. Для паровой фазы применяется наибольший корень.

Для расчёта динамической вязкости при повышенных давлениях использовались метод Райхенберга (МР) и метод Джосси–Стила–Тодоса (ДСТ). Первый из них требует наличие критических параметров T_c, P_c и дипольного момента μ _p для каждого вещества_. Второй же в свою очередь – V_c и Z. Что позволяет применять данный модуль отдельно, либо в связке с модулем расчёта сжимаемости. Кроме того, оба метода требуют знания величины вязкости при нормальном давлении (μ ⁰), которая рассчитывалась по одному из четырёх методов: Голубева, Тодоса, Райхенберга, Чепмена. Выбор конкретного метода расчёта производится пользователем с учётом особенностей нужного компонента.

Точность расчёта факторов сжимаемости проверялась на основании данных по плотности или удельному объёму газов. Эти величины легко получить из обобщённого уравнения Менделеева–Клапейрона для 1 моль газа (PV_m=ZRT).

Программа состоит из двух расчетных модулей и интерфейса взаимодействия с пользователем.

Первый модуль – модуль расчета фактора сжимаемости. Главная расчетная функция называется Z_Calc.

Входные данные:

Nt,Np-Точек по температуре и давлению

Tr0,Pr0-Массивы температур, давлений (безразм.)

Выходные данные:

Z0,Z1-Коэффициенты фактора сжимаемости Z=Z0+Omega*Z1

Fx(2)-Отклонение от 0 при решении нелинейного уравнения (критерий правильности решения)

Err-Ошибка в расчетах

Второй модуль – модуль расчета вязкости компонентов. В нем содержатся 2 основных функции расчета:

1. Subst_Viscosity0

Ее задача - вычисление вязкостей компонентов при низких давлениях

Входные данные:

Nm-Номер метода 1-4

Варианты:

1-Метод Голубева ур 9.4.14-16

2-Метод Тодоса ур. 9.4.17-20

3-Метод Райхенберга ур 9.4.21-22

4-Метод Чепмена

M- молярная масса г/моль

Tc-критическая температура, К

Pc-критическое давление, атм

Zc-Критический фактор сжимаемости (Тодос)

Т - Температура, К

FlH-Образует ли полярный компонент водородную связь (Только для метода Тодоса)

Dm - Дипольный момент, Дб (Тодос)

SumNC-Сумма групповых составляющих Ci для уравнения Райхенберга

EpsDm-критерий полярности молекулы Если Delta<EpsDm, то молекула неполярна Delta определяется по формуле 9.4.6

Om-фактор ацентричности (Чепман)

Sig,e_k - параметры потенциала Леннарда Джонса (Чепман)

FlLD - Вычислять ли параметры потенциала Леннарда Джонса или принять табличные

Выходные данные:

Mu0 - Искомая вязкость, мкП

Polar- Считается ли молекула полярной

Err - Ошибка

2. Subst_Viscosity

Ее задача - Расчёт вязкости чистых компонентов по формулам Джосси, Стила и Тодоса или Райхенберга

Входные данные:

Nm-Номер метода 1-Джосси, Стила и Тодоса,2-Райхенберга

Tc,Pc,Vc-критические параметры

Z-Фактор сжимаемости

Mu0-Вязкость рпи нормальном давлении и той же температуре

T,P-Температура, К, Давление атм

FlC-флаг продолжения расчётов даже если метод неприменим

M-Молекулярная масса, кг/кмоль

Polar-Полярный ли компонент

Mp-дипольный момент, Дб

Cf-коэффициент (5%) допуска при применимости формулы 1 метода

Выходные данные

Mu-Искомая вязкость

Err-Сообщения об ошибке