IG-541混合氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論和基本計(jì)算方法

1、IG-541 混合氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論和基本計(jì)算方法一概述IG-541 混合氣體滅火系統(tǒng)作為一種新型潔凈氣體滅火系統(tǒng)，由 于它兼?zhèn)溆行缁稹?綠色環(huán)保以及對(duì)人體無(wú)傷害等特性， 目前已在國(guó) 內(nèi)外消防領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，人們?cè)诖罅繎?yīng)用它的同時(shí)，對(duì)系 統(tǒng)性質(zhì)、性能、 原理等方面的量化研究卻是十分不足的。國(guó)內(nèi)至今尚 無(wú)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范，尤其缺乏完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算理論和方法， 甚至于連基本的單元計(jì)算方法也不齊全， 現(xiàn)有的一些計(jì)算公式基本上 照搬了國(guó)外的書(shū)本， 并且缺乏完整性和系統(tǒng)性。 這種理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落 后于實(shí)際應(yīng)用的反?，F(xiàn)象是消防工程界特有的， 也是消防系統(tǒng)建設(shè)與 使用遠(yuǎn)遠(yuǎn)相脫節(jié)這一客觀情況所造

2、成的。 國(guó)外公司雖有系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件 可以代客計(jì)算， 但并不提供計(jì)算方法， 我們只能是知其然而不知其所 以然。為了解決我國(guó)已有 IG-541 滅火系統(tǒng)的設(shè)備和大量實(shí)際應(yīng)用， 卻還沒(méi)有設(shè)計(jì)計(jì)算方法的突出矛盾，確保 IG-541 滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科 學(xué)先進(jìn)性、安全可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，我們?cè)?努力學(xué)習(xí)和吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)， 還必須建立自己的理論研究體 系和設(shè)計(jì)計(jì)算方法。本文探討了 IG-541 氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的理 論依據(jù)，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了和建立了 IG-541 滅火系統(tǒng)的基本計(jì)算方 法，為科學(xué)地建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 IG-541 滅火系統(tǒng)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì) 軟件奠定了基礎(chǔ)。二 系統(tǒng)

3、特征IG-541 滅火系統(tǒng)和其他固定氣體滅火系統(tǒng)比較既有共性又具有 鮮明的個(gè)性。 IG-541 在儲(chǔ)存條件下呈氣態(tài)，比其他滅火系統(tǒng)需要更 大的儲(chǔ)存容積 ;在高壓下儲(chǔ)存和運(yùn)行，管道的承壓能力要求亦較高， 設(shè)備投資費(fèi)用大，精確計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)可以帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。IG-541 滅火的有效濃度為 >37.5% 而對(duì)人體安全的濃度為 <42.8% ，同時(shí)滿(mǎn)足以上條件必須嚴(yán)格控制儲(chǔ)存量，并且對(duì)于防護(hù)區(qū)域有相應(yīng)要求。IG-541滅火系統(tǒng)的使用條件要求，系統(tǒng)開(kāi)啟后，90% 藥劑噴放時(shí)間應(yīng)23秒及40秒，并且又要求60秒鐘內(nèi)達(dá)到滅火濃 度。這也是一個(gè)相當(dāng)嚴(yán)格的的設(shè)計(jì)約束條件。IG-541滅火系統(tǒng)和

4、其 他滅火系統(tǒng)相比，滅火劑設(shè)計(jì)濃度以及噴射速率的容差范圍小得 多，且與平常容易發(fā)生的誤解不同，寬裕的設(shè)計(jì)不僅浪費(fèi)投資，設(shè)計(jì)結(jié)果也未必安全。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)米用精確的、全過(guò)程動(dòng)態(tài) 模擬的分時(shí)計(jì)算方法。IG-541設(shè)計(jì)計(jì)算的有利條件是：物系臨界溫度低，整個(gè)過(guò)程在 單一氣相下發(fā)生，可以通過(guò)嚴(yán)格的方法，借助電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行精確的 計(jì)算。IG-541滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是要保證在裝置啟動(dòng)后的指定 時(shí)間內(nèi)，防護(hù)區(qū)中的滅火劑達(dá)到設(shè)計(jì)濃度，其中計(jì)算IG-541氣體在系統(tǒng)各單元中的流動(dòng)推動(dòng)力和阻力是關(guān)鍵，二者又取決于系統(tǒng)的物性和單元的設(shè)備特征，茲在下文逐一討論。三.純組份性質(zhì)物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)甚多，這里只討論和

5、IG-541系統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān) 的P-V-T性質(zhì)、熱力學(xué)性質(zhì)和遷移性質(zhì)。1 .基礎(chǔ)物性氮?dú)?、氬氣和二氧化碳皆為常?jiàn)氣體，其有關(guān)性質(zhì)可以從手冊(cè)中查到。茲參照Chemical Properties Handbook（1999 ） 一書(shū)，將相 關(guān)數(shù)據(jù)羅列如下。其他資料上除分子量以外的數(shù)據(jù)并不完全相同， 但 對(duì)本過(guò)程的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果影響甚微。表一.基礎(chǔ)物性和熱力學(xué)性質(zhì)名稱(chēng)符號(hào)單位ArCO2N2英文名ArgonCarbon dioxideNitroge n分子量Mg/mol39.94844.01028.013常冰點(diǎn)TfK83.80216.5863.15常沸點(diǎn)TbK87.28194.7077.35臨界溫度TcK1

6、50.86304.19126.10臨界壓力PcBar48.9873.8233.94臨界比容Vccm3/mol74.694.090.1臨界密度pCG/cm30.53560.46820.3109臨界壓縮因子Zc無(wú)因次0.2910.2740.292偏心因子3無(wú)因次0.0000.2280.040偶極距Debye0002.熱性質(zhì)流體在理想氣體狀態(tài)下的熱性質(zhì)是計(jì)算熱力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)。通常表達(dá)為熱容或焓的多項(xiàng)式。如：hi0 = Co, i + Ci, iT + C2, iT 2 + C3, iT3 + （式1）這些多項(xiàng)式系數(shù)通常是用于相當(dāng)寬的溫度范圍，而IG541的工作 溫度范圍較窄，約在200至320K之間

7、，可以專(zhuān)門(mén)回歸較為簡(jiǎn)短和精 確的多項(xiàng)式。茲將 API Project44Selected Volume of Properties of Chemical Compounds所列CO2、N2的恒壓熱容 Cp0文獻(xiàn)值列于 表二。Ar的Cp0受溫度影響極小，用The Properties of Gases and Liquids3rd Ed 一書(shū)附錄中的多項(xiàng)式求得。表二.理想氣體狀態(tài)下的恒壓熱容Cal/mol/K溫度，K150200273.15298.15300400Ar4.96814.96804.96784.96784.96784.9679CO27.2287.7338.5948.8748.894

8、9.876N26.9566.9576.9596.9616.9616.9913 .低壓下的氣相粘度在低壓下氣體的粘度和壓力關(guān)系不大，可以視為僅僅是溫度的函數(shù)。經(jīng)與Handbook of Chemistry and Physics,80th Ed (1999-2000)，Chemical Properties Handbook(1999 )的資料 上的數(shù)據(jù)比較，發(fā)現(xiàn)用多項(xiàng)式擬合低壓氣體的粘度的精確度不高。而用Lenn ard-Jo nes12-6分子勢(shì)能位計(jì)算，25 C下的誤差降至0.1%左右。下表中Ar的 數(shù)據(jù)取自美國(guó)石油學(xué)會(huì) API手冊(cè),其余數(shù)據(jù)取自The Properties ofGases

9、 and Liquids，后者Ar的參數(shù)計(jì)算結(jié)果誤差較大。表三.遷移性質(zhì)-氣相粘度L-J分子勢(shì)能位ArCO2N2勢(shì)能參數(shù)名/k, K124.9195.271.4碰撞半徑c , ?3.42337.1329.124Lennard-Jones 12-6分子勢(shì)能位計(jì)算低壓氣體的粘度的公式用n gas = 26.69(MT) 1/2/ 白 Qv(式 2)式中：n gas氣體粘度,尸014874Q V = 1.16145/ T* .+0.52487/ exp (0.7732T*)+2.16178/ exp(2.43787T*)T* = T/(/k)四.混合物性質(zhì)IG-541混合氣體的配方是公開(kāi)的，即52%

10、 (mol)的氮?dú)狻?0% (mol)的氬氣和8% (mol)的二氧化碳?xì)怏w?；旌衔镂镄缘脑敱M實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很少。混合物的性質(zhì)主要通過(guò)“混合 規(guī)則”計(jì)算求得，而這些規(guī)則則是經(jīng)過(guò)若干離散的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證的令混合物中i組份的含量為Xi分子分率。下標(biāo)i,j,k為組份序號(hào)， 下標(biāo)m表示混合物。則有：1 .1 . 分子量Mm = IXiMi(式3)2 .2.混合物臨界參數(shù)混合物的臨界參數(shù)并不是混合物的真臨界性質(zhì), 合物p-V-T性質(zhì)和熱力學(xué)函數(shù)用的參數(shù)。采用Lee-Kesler狀態(tài)方程的混合規(guī)則：Vci 二ZciRTci/Pci4)Zci =0.2905 -0.085 d5)Vcm = 0.125 藝 XjXk

11、(Vcj1/3 + Vck1/3)(式 6)Tcm0.125 藝 XjXk(Vcj 1/3+Vck1/3)3(Tcj+Tck) 2/VcmGJm = .2Xi di而是用于計(jì)算混(式 7)(式 8)Pcm = (0.2905 -0.085 wm)RTcm/Vcm(式9)3 .3.IG-541在理想氣體狀態(tài)下的熱性質(zhì)系數(shù)理想氣體狀態(tài)下的熱性質(zhì)系數(shù)符合加和性，從表二的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì) 算和單位換算得到IG541在理想氣體狀態(tài)下焓的熱性質(zhì)系數(shù)為：Co = 8.8(此項(xiàng)系數(shù)用來(lái)校準(zhǔn)150 400K的焓值，計(jì)算偏差<0.03%)C1 =25.648C2 =0.0005042C3 =1.715E-6C4

12、-=81.04（此項(xiàng)系數(shù)取,1psia壓力下的理想氣體單質(zhì)為零熵）用以上熱性質(zhì)系數(shù)計(jì)算IG541在理想氣體狀態(tài)下的熱容、焓和 熵的公式是：Cp0 = Ci +2C2T + 3CsT2（式 10）h0 = Co + CiT + C2T 2 + CsT3（式 11）s0 = Ci InT + 2C 2T + 3C3T2/2 + C4 - R InP（式12）上述公式中的單位是：mol, K, J, Pa,上角標(biāo)0表示理想氣體狀態(tài)。4 .4.氣體混合物的粘度氣體混合物的粘度用美國(guó)石油學(xué)會(huì)API project 44推薦的方法計(jì)算：nimnx7 i *ij j jdXij -i13）其中j為充間參數(shù)M

13、j-2、0.25J0.5:：Jj =（式 14）將以上公式求得的IG-541粘度再回歸成溫度的多項(xiàng)式：n m0 = 178.86 + 0.5123 t- 0.00039 t 2（式15)(式15)中耳m0是IG-541在低壓下的粘度，t攝氏溫度。在-10 至50 C范圍內(nèi)回歸誤差小于0.1%。5 . 5.低壓下的氣相導(dǎo)熱系數(shù)純組分的導(dǎo)熱系數(shù)由Lang's Chemical Handbook15th Ed (1999)查得,如下表所示:表四.氣相導(dǎo)熱系數(shù)J/s/m/K溫度02040Ar0.01660.01760.0186CO20.01440.01600.0176N20.02410.025

14、60.0270IG-5410.02020.02160.0228氣體混合物的氣相導(dǎo)熱系數(shù)按 Wassiljewa方程計(jì)算：m 二藝(w i /勿Aij)(式 16 )式中: m氣相混合物的導(dǎo)熱系數(shù)i組分i的氣相導(dǎo)熱系數(shù)Aij組分之間的充間作用參數(shù)，用Lindsay and Bromley 方法Aij = 0.251+( n i/ n j)(Mj/Mi) 0.75 (T+S i)/ (T+S j)0.52(T+S J)/ (T+S i)(式16-1 )其中：Sutherland 常數(shù) Si = 1.5Tb i ; Sij = Cs(SiSj)。5 非極性氣體 Cs =1用Mason and Sax

15、ena方法以及忽略充間作用參數(shù)取得的結(jié)果和上述方法偏差不大于1%按以上方法求得IG-541在0、20、40 C低壓下的氣相導(dǎo)熱系數(shù), 回歸成多項(xiàng)式：0 = 0.020238 + 6.759 10-5t - 6.468 10-8t2（式17）式中:-0 IG-541在低壓下的氣相導(dǎo)熱系數(shù)，J/s/m/Kt攝氏溫度C 為便于比較和利用現(xiàn)將IG541混合氣體物理性質(zhì)及相關(guān)計(jì)算公式 匯總?cè)缦拢篒G541混合氣體的物理性質(zhì)The PROPERTIES of IG541 MIXTRUE名稱(chēng)符號(hào)單位氬氣二氧化碳氮?dú)釯G541英文名SymbolunitARGONCarbonDioxideNitroge nIn

16、 erge n分子式ArCO2N2分子量MWg/mol39.94844.01028.01334.067常沸點(diǎn)TbK87.28194.777.35臨界溫度TcK150.86304.19126.1147.7臨界壓力PcBar48.9873.8233.9442.39臨界比容Vccc/mol74.694.090.183.2臨界壓縮因子Zc0.2910.2740.2920.287偏心因子OM0.0000.2230.0400.039碰撞半徑QA3.4233.9413.798勢(shì)能參數(shù)s/KK124.9195.271.4恒壓熱容Cp,25 °CJ/mol/K20.78537.12929.12526.

17、429恒容熱容Cv,25 CJ/mol/K12.47028.81420.81018.115絕熱指數(shù)Y ,25 C1.66671.2891.4001.459低壓卜氣體粘度卩,25 CP224.42150.5175.52191.42偶極距Debye0000IG541分子分率YMol%40852100注:正體數(shù)值是文獻(xiàn)值，斜體數(shù)值是計(jì)算值。計(jì)算方法和依據(jù)另詳。IG541的密度:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0 °C ,1 atm) 1.521kg/m3,對(duì)空氣比重 1.176存儲(chǔ)狀態(tài)(20 C,15Mpa) 233.6kg/m IG541在低壓下的粘度多項(xiàng)式：2尸 178.86 + 0.5123 X - 0.

18、00039 Xt偽絕對(duì)粘度,F； t為攝氏溫度。上式適用于-10至50CoIG541在低壓下的導(dǎo)熱系數(shù)多項(xiàng)式：_42Z = 202.38 + 0.6759t-6.468 XO t為導(dǎo)熱系數(shù)，旳/cm/K; t為攝氏溫度。IG541在理想氣體狀態(tài)下的焓多項(xiàng)式：H0= 25.648T + 5.042 X10-T + 1.715 X10-6T3上式中:H0為焓,J/mol; T為絕對(duì)溫度,T = t + 273.15五.壓力下的性質(zhì)1 . P-V-T 關(guān)系表征流體壓力、比容和溫度(P-V-T )關(guān)系的方程叫著狀態(tài)方程。 最簡(jiǎn)單，也是最古老的狀態(tài)方程是理想氣體狀態(tài)方程：PV=RT式中：P-壓力PaV-

19、比容m3/molR-氣體通用常數(shù) 二8.31441T-溫度K理想氣體狀態(tài)方程對(duì)常壓常溫或高溫的“永久氣體”可以使用，但 是用來(lái)計(jì)算低溫高壓氣體，或是非永久氣體誤差就比較大，對(duì)于液體 則完全不適用，于是，近百年來(lái)許多科學(xué)家提出了對(duì)理想氣體定律的 修正，這類(lèi)方程式稱(chēng)為真實(shí)氣體狀態(tài)方程。真實(shí)氣體狀態(tài)方程的通式是：PV=zRT式中 z 的叫做壓縮因子，表示真實(shí)氣體和理想氣體的差異。文 獻(xiàn)上發(fā)表的真實(shí)氣體狀態(tài)方程有二百多個(gè)。其中最準(zhǔn)確的是 Lee-Kesler 方程，它的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：1. 在很寬的溫度壓力范圍內(nèi)有良好的準(zhǔn)確度；2. 既能用于氣相也能用于液相；3. 對(duì)于任何非極性流體， 只需要臨界溫度、

20、臨界壓力和偏心因子 三個(gè)參數(shù)便可以求解，而這三參數(shù)都是宏觀可測(cè)量的物性；4. 對(duì)于混合物利用混合規(guī)則，可以像純物質(zhì)一樣，用同樣的方 程式求解；5. 對(duì)于混合物，不僅能求解總性質(zhì)，還能解得偏性質(zhì)，即混合物 中各個(gè)組份的性質(zhì)。在 Lee-Kesler 方程發(fā)表前后，還有一些優(yōu)秀的狀態(tài)方程。這些方 程求解比較簡(jiǎn)單， 在一定的場(chǎng)合可以滿(mǎn)足工程計(jì)算需要， 但就準(zhǔn)確度 而言，還是及不上 Lee-Kesler 方程。狀態(tài)方程不僅可以用來(lái)求解流體的密度，還可以和物質(zhì)的熱性質(zhì) 系數(shù)結(jié)合起來(lái)，求得在真實(shí)流體（液體和壓力下的氣體）狀態(tài)下的熱 力學(xué)性質(zhì)，傳熱性質(zhì)等等，用于流體力學(xué)、化工熱力學(xué)、工程熱力學(xué) 的計(jì)算。對(duì)于

21、滅火系統(tǒng)而言，不僅管道輸送，而且孔板節(jié)流、噴嘴噴 射、氣體膨脹和壓縮的精確計(jì)算度需要用到狀態(tài)方程， 因此我們選用 了 Lee-Kesler 方程設(shè)計(jì)計(jì)算 IG541 混合氣體滅火系統(tǒng)。Lee-Kesler 狀態(tài)方程為多參數(shù)方程，其形式是：z = Pr/Vr/Tr = 1 + B/Vr + C/Vr 2 + D/Vr 5+ c4 （B+ YVr2） exp （-#Vr2） / Tr5 /Vr2（式 18）其中：B = bl -b2/Tr -b3/ Tr2 -b4/ Tr3（ 式18-1 ）C = cl -c2/Tr + c3/ Tr 218-2)D = di + d2/Tr（式18-3）Vr理想

22、對(duì)比比容 二Pc* V/n/R/Tc，其中V/n稱(chēng)為比容Pr對(duì)比壓力二P/PcTr對(duì)比溫度二T/TrLee-Kesler狀態(tài)方程是三參數(shù)普遍化方程，只要知道物質(zhì)的臨界 壓力、臨界溫度和偏心因子就能求解。但是方程中的壓縮因子z是隱 函數(shù)，要用試差法求解。表四.Lee-Kesler狀態(tài)方程系數(shù)系數(shù)簡(jiǎn)單流體參比流體系數(shù)簡(jiǎn)單流體參比流體b10.11811930.2026579c30.00.016901b20.2657280.331511c40.0427240.041577b30.1547900.027655d1 X1040.1554880.48736b40.0303230.203488d2 X1040

23、.6236890.0740336c10.02367440.03133850.653921.226c20.01869840.0503618Y0.0601670.03754Lee-Kesler狀態(tài)方程有多達(dá)七個(gè)實(shí)根，其中只有一個(gè)或兩個(gè)實(shí)根 有物理意義，要用試差法求解。本文作者曾對(duì)此作過(guò)研究，具體方法 可參考烴類(lèi)物理化學(xué)手冊(cè)一書(shū)。IG541氣相壓縮因子Compressibility factor of IG541(Z)溫度C-1001020304050壓力MPaPrTr1.7821.8491.9171.9852.0522.1202.18810.2360.98960.99120.99260.99380

24、.99490.99580.996620.4720.97960.98280.98570.98810.99020.99200.993630.7080.97010.97500.97920.98280.98590.98870.991040.9440.96110.96760.97320.97800.98210.98570.988951.1790.95270.96080.96780.97370.97880.98320.987161.4150.94500.95470.96290.96990.97600.98120.985771.6510.93800.94920.95860.96670.97360.97960

25、.984881.8870.93180.94430.95490.96400.97180.97850.984392.1230.92640.94020.95190.96190.97050.97790.9843102.3590.92190.93690.94960.96040.96970.97770.9847112.5950.91830.93430.94790.95950.96950.97810.9855122.8310.91560.93260.94700.95920.96980.97890.9868133.0670.91390.93160.94670.95960.97060.98020.9884143

26、.3020.91310.93150.94710.96050.97200.98190.9905153.5380.91330.93210.94820.96200.97390.98410.9930163.7740.91440.93360.95000.96410.97630.98680.9959Lee-Kesler狀態(tài)方程要對(duì)三個(gè)流體求解：一個(gè)是需要計(jì)算的流體， 即IG541 ,公式中用上角標(biāo)（i）表示；一個(gè)是偏心因子為0的“簡(jiǎn)單流 體”上角標(biāo)用（0）表示；還有一個(gè)是偏心因子為 0.3978的正辛烷， 叫做“參比流體”上角標(biāo)（）。先在對(duì)象流體的操作條件求得對(duì)比壓力 Pr和對(duì)比溫度TrPr = P /

27、Pcm（式 19）Tr = T / Tcm（式 20）從（式18）分別求得簡(jiǎn)單流體和參比流體的 Z（0）和Z（r），然后 用以下公式計(jì)算對(duì)象流體的壓縮因子Z（i）= Z （0）+ Z （r）- Z （0） 3（認(rèn)（r）（式21）（式20 ）中3 （i）為對(duì)象流體即IG541偏心因子3 m,3 （ r）為參比 流體的偏心因子二0.3978。（式21）的物理意義是：流體的壓縮因子等于同對(duì)比溫度壓力下 簡(jiǎn)單流體的壓縮因子，加上和偏心因子相關(guān)的修正值。偏心因子在微 觀上反映物質(zhì)分子的大小和形狀，小的球形分子如氬氣，偏心因子等 于0;宏觀上偏心因子通過(guò)物質(zhì)的對(duì)比飽和蒸汽壓來(lái)計(jì)算：3 = - Ig （PS

28、Tr=0.7/PC）-121-1 )(式21-1 )中Ig是十進(jìn)對(duì)數(shù)，PSTr=0.7是對(duì)比溫度為0.7時(shí)的飽和 蒸汽壓。據(jù)此，作者曾在70年代進(jìn)行過(guò)驗(yàn)算，由表四的系數(shù)，通過(guò) Lee-Kesler方程計(jì)算出“簡(jiǎn)單流體”和“參比流體”氣液相逸度，求得對(duì) 比溫度0.7下的相平衡和飽和蒸汽壓，按照(式21-1)定義計(jì)算簡(jiǎn)單 流體和參比流體的偏心因子，分別為：簡(jiǎn)單流體 3(0) = 0.00529(式21-2)參比流體 3( r) = 0.39547(式21-3)因此，作者將(式21)改成：Z (i)= Z(0)+ (3 (i) - 3(0)/ (3 (r)- 3(0)Z (r)- Z (0)(式 2

29、1-4)以下是采用上述方法進(jìn)行的氬氣、二氧化碳和氮?dú)獾膲嚎s因子驗(yàn) 算。此項(xiàng)工作的目的一是驗(yàn)算 Lee-Kesler方程對(duì)于IG541組份的準(zhǔn) 確性；二是比較(式21 )、(式21-4 )何者更符合實(shí)際情況。一般在近臨界區(qū)或高壓下P-V-T計(jì)算誤差大，為此本文選擇 IG-541實(shí)際運(yùn)行范圍內(nèi)的溫度和較高的壓力。驗(yàn)算結(jié)果列于下列表 格。表五.氬氣壓縮因子驗(yàn)算操作條件文獻(xiàn)值（式21）（式 21）（式 21-4）（式 21-4 ）壓力溫度比容壓縮因子比容誤差比容誤差BarKcc/g無(wú)因次cc/g%cc/g%1002002.96250.71172.9616-0.03072.9571-0.18241002

30、504.61920.88774.63450.33144.62970.22691003005.96330.95515.98150.34095.97640.21971003507.19630.98797.20910.17757.20380.10411502001.81660.65461.82510.46971.82190.28981502502.98340.96012.99790.48702.99350.33831503003.94630.94803.96730.53193.96260.41181503504.81430.91134.82380.38484.82790.2820平均誤差%0.339

31、70.2569表六.二氧化碳?jí)嚎s因子驗(yàn)算操作條件文獻(xiàn)值（式21）（式 21）（式 21-4）（式 21-4）溫壓力比容壓縮因比容誤差比容誤差度子KBarcc/mol無(wú)因次cc/mol%cc/mol%2205.9962744.80.89972772.71.01522772.91.02362308.9351882.80.87971883.30.02881883.50.003924012.8301318.80.84791315.8-0.22981315.9-0.216825017.856941.950.8092938.71-0.3437938.86-0.327926024.194682.560.76

32、39679.37-0.4668679.50-0.447927032.034498.020.7107495.05-0.5973495.16-0.574728041.595361.840.6465359.10-0.7564359.20-0.729429053.152256.250.5649253.37-1.1223253.46-1.089530067.095164.000.4411158.60-3.2955158.67-3.2500平均誤差%0.87290.8555表七.氮?dú)鈮嚎s因子驗(yàn)算操作條件文獻(xiàn)值（式 21）（式21）（式 21-4）（式 21-4）壓力溫度壓縮因子壓縮因子誤差壓縮因子誤差Ba

33、rK無(wú)因次無(wú)因次%無(wú)因次%1002000.844990.845010.00190.84392-0.12721002500.958560.960200.17130.959250.07241003001.00511.006210.11001.005380.02751003501.02691.027120.02191.02639-0.05001502000.849860.850190.03920.84897-0.10471502500.971340.973880.26170.97265002561.028240.25751.02712005111.

34、052990.17961.051980.0835平均誤差%0.13040.0936表五、六、七的第列，是國(guó)際純和應(yīng)用化學(xué)學(xué)會(huì)（IUPAC）資料上 提供的數(shù)據(jù)；表五、六的第列數(shù)值，由第列換算而來(lái)。這些 數(shù)據(jù)表明：除了二氧化碳外， Lee-Kesler 方程的計(jì)算結(jié)果皆與文獻(xiàn)值 十分符合；而本文作者建議的偏心因子校正式（式 21-4），比原作者 提出的（式 21）更準(zhǔn)確。表六所列的溫度范圍， 在二氧化碳的常冰點(diǎn)和臨界點(diǎn)之間， 壓力 為相應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓，無(wú)論對(duì)實(shí)驗(yàn)還是計(jì)算都是高誤差區(qū)。二氧化碳還有一個(gè)特殊情況： 在對(duì)比溫度 0.7 時(shí)已經(jīng)是固相，（式 21-1）的引用發(fā)生了問(wèn)題，因而不同文獻(xiàn)上

35、的偏心因子值有差異。盡 管物質(zhì)固相升華壓和液相的蒸汽壓函數(shù)連續(xù)， 導(dǎo)數(shù)卻不連續(xù)。 相比較 之下用液相的蒸汽壓外推計(jì)算偏心因子要合理一點(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)證， The Properties of Gases and Liquids 3rd Ed 一書(shū)上 的 Harlacher 蒸汽壓方程 ,從二氧化碳的冰點(diǎn)到臨界點(diǎn)度很準(zhǔn)確，由 此算得的偏心因子為 0.223 。2熱力學(xué)差值函數(shù)熱力學(xué)差值函數(shù)的定義是： 真實(shí)流體的熱力學(xué)性質(zhì)和同溫度下理想氣體的熱力學(xué)函數(shù)之差。熱力學(xué)差值函數(shù)用無(wú)因次數(shù)的形式表示，通式為：g =g（0） + g（ r） - g（0） 3（ i） / 3（r）（式 22 ）和 g 相應(yīng)的恒壓熱容、

36、熵、焓的差值函數(shù)為： （Cp-Cp0）/R，（s -s0） /R, （h -h0） /RTc。由（式 18）求得壓縮因子代入 Lee-Kesler 狀態(tài)方程的差值函數(shù)表達(dá)式，求得g （r）、g （0），經(jīng)（式21）求得g （i）, 然后結(jié)合（式 10）至（式 12 ）即可求得真實(shí)流體在指定溫度壓力下 的熱力學(xué)函數(shù)。例如h = RTc （h -h0）/RTc +h 0= RTc（h -h0）/RTc + C 1T + C2T 2 + C3T3 + C4T4 （式23)IG541在不同壓力下的焓En thalpy at pressure of IG541 (J/mol)理想氣體：溫度C-10010

37、20304050ARGONi.g.5472.05679.95887.76095.66303.46511.36719.1CO2i.g.8093.68451.18813.09179.39550.19925.410305.4N2i.g.7651.17942.08233.08524.28815.49106.89398.3IG541*i.g.6815.47078.37341.67605.27869.38133.88398.7壓力下氣體:溫度C-1001020304050壓力MPaPrTr1.7821.8491.9171.9852.0522.1202.18810.2366714.66984.77254.4

38、7524.07793.58062.98332.320.4726613.36890.97167.47443.17718.17992.68266.630.7086511.76797.27080.77362.77643.47922.98201.740.9446410.26703.86994.57282.97569.37854.28137.651.1796308.96610.96909.07203.97496.27786.38074.561.4156208.16518.76824.37125.97424.17719.58012.571.6516108.26427.56740.77049.07353.1

39、7653.87951.681.8876009.56337.66658.46973.47283.47589.47892.092.1235912.56249.36577.76899.27215.27526.47833.7102.3595817.46162.86498.66826.87148.57464.97776.8112.5955724.76078.46421.66756.17083.57404.97721.4122.8315634.75996.56346.76687.47020.37346.77667.6133.0675547.85917.26274.16620.86959.07290.276

40、15.4143.3025464.25840.86204.06556.46899.77235.57564.8153.5385384.25767.36136.66494.36842.57182.67516.0163.7745307.95697.16071.96434.66787.47131.77468.9注：* = 25.648 * T + 0.0005042 * TA2 + 1.175e-6 * TA3IG541在不同壓力下的內(nèi)能In ter nal En ergy pressure of IG541 J/mol理想氣體:溫度C-1001020304050ARGONi.g.3284.13408.

41、83533.53658.23782.93907.64032.3CO2i.g.5905.66180.16458.86742.07029.67321.87618.6N2i.g.5463.15670.95878.86086.86294.96503.16711.5IG541i.g.4627.54807.24987.45167.95348.85530.15711.9壓力下氣體:溫度C-1001020304050壓力MPaPrTr1.7821.8491.9171.9852.0522.1202.18810.2364549.44733.64917.65101.75285.85470.15654.620.472

42、4470.04658.84847.05034.85222.35409.75596.930.7084389.34583.04775.64967.35158.35348.85538.940.9444307.34506.24703.44899.25093.95287.75480.751.1794224.34428.74630.74830.75029.15226.35422.461.4154140.44350.54557.54761.94964.25164.85364.071.6514055.84271.94484.04692.84899.15103.25305.681.8873970.84192.9

43、4410.34623.74834.05041.75247.292.1233885.54113.94336.64554.74769.04980.35189.1102.3593800.44035.04263.14485.84704.34919.25131.1112.5953715.63956.54190.04417.44639.94858.45073.6122.8313631.53878.64117.34349.44575.94798.05016.4133.0673548.33801.54045.44282.04512.54738.14959.6143.3023466.43725.43974.44

44、215.34449.84678.94903.5153.5383386.03650.43904.34149.64387.84620.34847.9163.7743307.23576.93835.44084.84326.74562.44793.0IG541在不同壓力下的熵En tropy at pressure of IG541 (J/mol/K)溫度C-1001020304050壓力MPaPrTr1.7821.8491.9171.9852.0522.1202.1881psia.00158150.93151.91152.85153.77154.65155.51156.340.10.024128.6

45、9129.67130.62131.53132.42133.28134.110.20.047122.93123.91124.85125.77126.65127.51128.350.30.071119.56120.54121.48122.40123.28124.14124.970.40.094117.16118.14119.09120.01120.89121.75122.580.50.118115.31116.29117.24118.15119.04119.89120.730.60.142113.50114.50115.47116.41117.31118.19119.030.70.165112.2

46、1113.22114.19115.13116.03116.91117.750.80.189111.10112.11113.08114.02114.92115.80116.640.90.212110.13111.13112.10113.04113.94114.82115.6610.236109.25110.26111.23112.16113.07113.94114.7920.472103.19104.22105.22106.17107.10107.99108.8530.70899.51100.58101.60102.58103.52104.43105.3040.94496.8297.9198.9

47、699.96100.92101.84102.7451.17994.6695.7896.8697.8898.8699.80100.7161.41592.8493.9995.0996.1497.1498.1099.0271.65191.2592.4493.5794.6495.6696.6397.5781.88789.8491.0692.2193.3194.3595.3496.2992.12388.5689.8190.9992.1193.1794.1895.15102.35987.3988.6889.8891.0292.1093.1394.11112.59586.3187.6388.8690.0291.1292.1693.16122.83185.3086.6587.9189.0990.2191.2792.28133.06784.3685.7487.0288.2389.3690.4491.46143.30283.4884.8986.1987.4188.5789.6690.69153.53882.6584.0885.4186.6587.8288.9289.97163.77481.8783.3284.6785.9387.1188.2389.29注：表列數(shù)據(jù)，參照美國(guó)