CO2二元混合工质气液相平衡的基团贡献预测方法技术

本发明专利技术公开一种CO2二元混合工质气液相平衡的基团贡献预测方法，所述方法包括获取CO2二元混合工质；对于给定的温度区间和CO2的液相摩尔组分区间，遍历所述温度区间内的每个温度值，并保持当前遍历到的温度值保持不变，基于立方型状态方程和基团贡献预测模型，计算在CO2的液相摩尔组分区间内各液相摩尔组分下混合工质的压力和CO2的气相摩尔组分；在所述温度区间内的温度值全部遍历完全时，得到所述温度区间内各个温度值下混合工质的压力和CO2的气相摩尔组分。本发明专利技术克服了关联模型需要依赖大量的实验数据的缺陷，精简了实验工作量，并且预测精度校高。且预测精度校高。且预测精度校高。

【技术实现步骤摘要】
CO2二元混合工质气液相平衡的基团贡献预测方法


[0001]本专利技术涉及制冷工质混合计算
，具体涉及一种CO2二元混合工质气液相平衡的基团贡献预测方法。

技术介绍

[0002]二氧化碳(CO2)属于自然工质，由于其具有高热稳定性，安全环保并且可高能量密度实现部件小型化等优点，使得CO2动力循环在新一代热功转化循环、内燃机余热、中低温热能、火电、核电和太阳能利用等领域具有广泛的应用前景。同时CO2作为循环介质，也是一种对CO2的直接资源化利用方式，但是CO2纯工质循环运行压力高，应用中存在安全隐患，临界温度较低对冷源要求很高。
[0003]HC(碳氢化合物)、HFC(氢氟烃)、HFO(氢氟烯烃)类工质虽能提高能源利用效率，但有些工质，如HC类工质易燃易爆，安全性较差；有些工质，如HFC类工质GWP 偏高，不符合《＜蒙特利尔协议＞基加利修正案》的要求；有些工质，如HFO类工质汽化潜热低，热力性能较差。因此很难找到性能优异、热稳定性高又对环境友好安全的纯工质。
[0004]而CO2二元混合工质动力循环通过不同的组分配比，可以具有提高能源利用效率、对环境友好、消除可燃性、降低易燃易爆的风险、降低GWP值和提高工质的热力性能等优势。
[0005]混合工质气液相平衡是计算焓和熵的基础，而焓和熵对于热力学循环性能分析至关重要，所以CO2二元混合工质气液相平衡是混合工质最基本的物性之一，是混合工质循环计算的基础，其反映了混合物在气液平衡时，混合物体系中压力和温度以及气液相组分间的相互关系。
[0006]目前，针对CO2二元混合工质气液相平衡，“CO2混合工质的气液相平衡的混合规则对比与预测研究，吴子睿等，《化工学报》工程科技Ⅰ辑第73卷第4期，2022年1月”中提出为了提高CO2混合工质气液相平衡数据的计算精度，采用PR状态方程结合三种混合规则，对7种CO2+HFCs/HFOs及4种CO2+HCs混合工质的气液相平衡性质进行了计算，并提出利用差值模型预测CO2混合工质气液相平衡性质。但混合工质气液相平衡的推算仍需要借助气液相平衡实验所测量的大量气液相平衡实验数据，在现有条件下，气液相平衡实验需要消耗大量的时间和精力。
[0007]“一种基团贡献法的非共沸工质气液相平衡模型，车春文等，《工程热物理学报》工程科技Ⅱ辑，第42卷第12期，2021年12月”提出了基于基团贡献的逸度系数模型来解决常规模型对非共沸混合制冷剂气液相平衡预测精度不足的问题，该模型只使用较少的共性基团参数就能推算大量多元混合物的物性。该文章提出的预测方法所预测CO2和碳氢化合物、氢氟烃以及氢氟烯烃制冷剂混合物的气液相平衡的精度不高，不太适用于CO2混合工质。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于如何在精简实验工作量的情况下，实现较高预测精度的CO2二元混合工质气液相平衡预测。
[0009]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
[0010]本专利技术提出了一种CO2二元混合工质气液相平衡的基团贡献预测方法，所述方法包括以下步骤：
[0011]获取CO2二元混合工质；
[0012]对于给定的温度区间和CO2的液相摩尔组分区间，遍历所述温度区间内的每个温度值，并保持当前遍历到的温度值保持不变，基于立方型状态方程和基团贡献预测模型，计算在 CO2的液相摩尔组分区间内各液相摩尔组分下混合工质的压力和CO2的气相摩尔组分；
[0013]在所述温度区间内的温度值全部遍历完全时，得到所述温度区间内各个温度值下混合工质的压力和CO2的气相摩尔组分。
[0014]本专利技术采用基团贡献的预测方法，通过基团间的相互作用，克服了关联模型需要依赖大量的实验数据的缺陷，无需大量的实验数据拟合相互作用参数，精简了实验工作量，并且预测精度校高，在一定的温度和任何液相摩尔分数下，都可计算相应的压力和气相摩尔组分，从而实现气液相平衡的预测，且预测结果可广泛用于热力循环中CO2混合工质饱和液体压力的分析与计算。
[0015]进一步地，所述基团贡献预测模型的公式表示为：
[0016][0017][0018]式中：a
m
、b
m
分别为混合工质的引力项和协体积项；a
i
、b
i
分别为纯工质的引力项和协体积项；a
ij
为混合工质组分i和组分j的相互作用项；C
HV
、C
WS
为所述立方型状态方程的参数；G
E
为无穷压力下的超额Helmholtz自由能；R为通用气体常数；T为温度；k
ij
为混合工质相互作用参数；x
i
为i组分的摩尔组分；x
j
为j组分的摩尔组分；C状态方程有关的参数，对于PR方程C＝
‑
0.62323。
[0019]进一步地，所述混合工质相互作用参数的公式表示为：
[0020][0021]式中：x,y为拟合参数；M为与CO2混合的制冷剂；为CO2的临界压力；为CO2的偏心因子；为制冷剂的氟原子数；为制冷剂的临界压力；ω
M
为制冷剂的偏心因子；为CO2的临界温度；T
c,M
为制冷剂的临界温度。
[0022]进一步地，所述CO2二元混合工质中，与CO2混合的制冷剂包括碳氢化合物、氢氟烃以及氢氟烯烃。
[0023]进一步地，所述碳氢化合物包括乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、戊烷、异戊烷、乙烯和丙烯中的至少一种。
[0024]进一步地，所述氢氟烃包括制冷剂R23、制冷剂R32、制冷剂R41、制冷剂R125、制冷剂R134a、制冷剂R143a、制冷剂R152a、制冷剂R161、制冷剂R227ea和制冷剂R365mfc 中的至少一种。
[0025]进一步地，所述氢氟烯烃包括制冷剂R1234yf和/或制冷剂R1234ze(E)。
[0026]此外，本专利技术还提出了一种CO2二元混合工质气液相平衡的基团贡献预测装置，所述装置包括：
[0027]获取模块，用于获取CO2二元混合工质；
[0028]遍历计算模块，用于对于给定的温度区间和CO2的液相摩尔组分区间，遍历所述温度区间内的每个温度值，并保持当前遍历到的温度值保持不变，基于立方型状态方程和基团贡献预测模型，计算在CO2的液相摩尔组分区间内各液相摩尔组分下混合工质的压力和 CO2的气相摩尔组分；
[0029]预测体系确定模块，用于在所述温度区间内的温度值全部遍历完全时，得到所述温度区间内各个温度值下混合工质的压力和CO2的气相摩尔组分。
[0030]此外，本专利技术还提出了一种CO2二元混合工质气液相平衡预测设备，所述设备包括存储器、处理器；其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现如上所述的CO2二元混合工质气液相平衡的基团贡献预测方法。
[0031]此外，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CO2二元混合工质气液相平衡的基团贡献预测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取CO2二元混合工质；对于给定的温度区间和CO2的液相摩尔组分区间，遍历所述温度区间内的每个温度值，并保持当前遍历到的温度值保持不变，基于立方型状态方程和基团贡献预测模型，计算在CO2的液相摩尔组分区间内各液相摩尔组分下混合工质的压力和CO2的气相摩尔组分；在所述温度区间内的温度值全部遍历完全时，得到所述温度区间内各个温度值下混合工质的压力和CO2的气相摩尔组分。2.如权利要求1所述的CO2二元混合工质气液相平衡的基团贡献预测方法，其特征在于，所述基团贡献预测模型的公式表示为：所述基团贡献预测模型的公式表示为：式中：a
m
、b
m
分别为混合工质的引力项和协体积项；a
i
、b
i
分别为纯工质的引力项和协体积项；a
ij
为混合工质组分i和组分j的相互作用项；C
HV
、C
WS
为所述立方型状态方程的参数；G
E
为无穷压力下的超额Helmholtz自由能；R为通用气体常数；T为温度；k
ij
为混合工质相互作用参数；x
i
为i组分的摩尔组分；x
j
为j组分的摩尔组分；C状态方程有关的参数，对于PR方程C＝
‑
0.62323。3.如权利要求1所述的CO2二元混合工质气液相平衡的基团贡献预测方法，其特征在于，所述混合工质相互作用参数的公式表示为：式中：x,y为拟合参数；M为与CO2混合的制冷剂；为CO2的临界压力；为CO2的偏心因子；为制冷剂的氟原子数；为制冷剂的临界压力；ω
M
为制冷剂的偏心因子；为CO2的临界温度；T
c,M
为制冷剂的临界温度。...

【专利技术属性】
技术研发人员：石凌峰，吴子睿，谢继勇，田华，舒歌群，孙瑞，王轩，
申请(专利权)人：天津大学合肥创新发展研究院，
类型：发明
国别省市：