多组分混合工质物性分析及其在离心压缩机气动设计中的应用

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本文论述了多组分混合工质物性分析及其在离心压缩机气动设计中的应用。 离心压缩机是透平压缩机的一种,它被广泛应用于石油、化工、冶金、纺织、运输等重要行业中,通过对气体工质进行压缩与输送以维持系统中气体工质流动或后续化学反应所必需的压力。离心压缩机的设计与开发对于提高设备的可靠性和系统运行效率,降低能源消耗,改进生产工艺方法等都具有重要的意义。实际工程设计中,离心压缩机的气动设计会受到各种不同因素的影响,而其中多组分混合工质的物性计算是离心压缩机气动设计的基础。 两种或三种气体混合工质的物性,通常可以采用实验测试的方法。当三种甚至更多气体工质混合时,其物性的实验测试将很难进行,而且实际气体工质组分通常由工艺决定,混合工质组分多变,难以采用实验确定其物性。目前应用的各种商业物性计算软件也受到多组分气体混合本身物性的复杂性和知识产权问题的影响,而使混合工质物性计算与压缩机气动设计软件不能充分结合在一起,因此需要建立理论分析与计算相结合的方法为压缩机气动设计提供可靠的热力学参数。 状态方程是描述物质存在状态的基本关系式。对于实际多组分混合工质,状态方程是联系压力、体积、温度变量与组成的函数(P- -T-X)。为了得到多组分混合工质的准确物性,本文采用三种状态方程对多组分混合工质的物性进行了预测,并与美国Quest Consultants Inc软件结果相比较。物性计算结果可用于实际离心压缩机的设计。 本文的工作内容主要包括: 1. 以气体离心压缩机常用工质基础物性参数为基础,选用了工程实际中使用较多的PR方程与SHBWR方程,并引入了PR的修正方程,详细地推导了应用于不同状态方程时压缩机内多组分混合工质比容、焓值变化,建立了适用于压缩机气动设计的多组分混合工质物性计算程序。 2. 结合部分气化和冷凝过程分析离心压缩机热力设计过程,以实际气体工质状态方程结合混合规则推导并计算了气液相逸度系数与多组分混合工质气液相平衡问题。编制状态方程计算部分气化和冷凝程序。 3. 将多组分混合工质的物性计算与冷凝计算程序与上海交通大学流体机械实验室自主开发设计的离心压缩机的气动设计软件结合,对离心压缩机进行设计,设计结果通过该软件校核,达到设计要求。实现了混合工质物性计算与压缩机气动设计软件的充分结合。
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