R一K方 程
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Reddlich-Kwong
对于实际气体热物性的研究,通常是利用理论分析、经验或半经验半理论的方法对理想气体状态方程进行修正和改进,并对实验数据进行拟合,从而建立实际气体的状态方程。目前,实际气体的状态方程已有近百个,但得到普遍认可的只有几个,包括最基本的范德瓦尔方程及在此基础上衍生出的R-K方程、RKS方程、P-R方程、维里方程以及基于对比态原理的对比态方程等。
i≠j时,aij表示不同成分分子间的相互作用力:
Kij与i、j分子相互作用有关,Kij的取值参见参考文献[12]
基于R-K方程的余函数法能很好地反映实际气体的特性,有较高的计算准确度,可以用于实际工程计算。在工程计算中经常用到R一K方程,其形式为:
式中,a、b为各种流体特有的常数,v为流体的摩尔体积。公式中a、b通常可用PVT数据拟合求得,但一般无PV T实际数据而只有在临界条件下的Tc、Pc、和Vc。此时常利用临界等温线在拐点处的特征:
式中:Vm为物质的摩尔体积,m3/mol;R为通用气体常数,J/(mol·K),T为温度,K;x为混合物中各成分的摩尔分数。 + (T)为相同分子间的作用力,各成分的 和bt取自Heidemann和Prausnitz等人的研究成果:
计算氢键结合力和极性力的大小,对非极性气体, 可取0,但对水这种强极性气体根据下式进行计算:
导出常数a、b同气体临界常数之间的关系。这种常规方法不仅需要求出一、二阶偏导数,还要解繁琐的方程,常让学生感到头疼。简明证法如下:
先将R一K方程展开成下列形式:
这是一个关于摩尔体积的三次方程。在临界点处:V=Vc、P=Pc、T=Tc,则有:
又有:
对比(1)、(2)有:
由(3)、(4)、(5)知:
这是一个关于b的一元三次方程,对一元三次方程:
上式诸式中下标i指物质i的参数,w为偏心因子。
其解为:
式中:
代入:
解得:
消除方程组中的V得:
推导完毕。
从推导过程看出,这种证法满足下述条件:
( 1 ) R-K方程中常数a、b仅同临界性质ຫໍສະໝຸດ 关。在临界点确定时,它们都是常数。
( 2 ) R-K方程可以展开成关于摩尔体积的一元三次方程的形式。
因此,从理论说满足上述条件的方程都可以采用这种简明证法导出常数同临界性质之间的关系。
实际气体的R-K方程为:
对于实际气体混合物,若气体间不发生化学反应,则可以把该混合物当做假想的纯质来处理,根据统计热力学,用数学式表示混合气体的系数与各组成气体的系数之间的关系。对于由m种气体组成的混合气体,a和b与气体种类有关的系数,a反应分子间的相互吸引力,b表示分子不能自由活动的空间,与分子本身占有的容积有关。
1949年Reclich和Kwong在保留范氏气体比容三次方简单形式的同时,通过对内压项的修正,提出了R-K方程。使精度有较大提高,且应用简便,对气液平衡和混合物的计算十分成功,因而在气体热力学性质的计算方面得到了广泛应用。
刘朝等人采用对应态维里方程对高温高压湿空气的焓值进行了计算,结果表明,将湿空气看作理想气体会产生很大偏差,而这种偏差对热力过程的影响是不可接受的。杨文滨等人将湿空气看作空气和水蒸气的混合物,采用基于R-K方程的余函数法对高温高压下(1-2MPa)湿空气的焓值进行了计算,结果表明:采用理想混合气体的计算方法对湿空气进行计算会产生很大偏差,必须采用基于实际气体状态方程的计算方法。
立方型状态方程发展始于R-K方程,但大部分是建立在范德华方程基础上的。其特点是都可以展开成摩尔体积的一元三次方程,这是上述证法得以推广的切入点。但必须再次指出的是用上述方法估算常数时有一个前提,这就是立方型状方程中常数只同临界性质Tc、Pc、Vc有关,否则便不能用上述方法推导。例如SR K方程:
式中:
对于实际气体热物性的研究,通常是利用理论分析、经验或半经验半理论的方法对理想气体状态方程进行修正和改进,并对实验数据进行拟合,从而建立实际气体的状态方程。目前,实际气体的状态方程已有近百个,但得到普遍认可的只有几个,包括最基本的范德瓦尔方程及在此基础上衍生出的R-K方程、RKS方程、P-R方程、维里方程以及基于对比态原理的对比态方程等。
i≠j时,aij表示不同成分分子间的相互作用力:
Kij与i、j分子相互作用有关,Kij的取值参见参考文献[12]
基于R-K方程的余函数法能很好地反映实际气体的特性,有较高的计算准确度,可以用于实际工程计算。在工程计算中经常用到R一K方程,其形式为:
式中,a、b为各种流体特有的常数,v为流体的摩尔体积。公式中a、b通常可用PVT数据拟合求得,但一般无PV T实际数据而只有在临界条件下的Tc、Pc、和Vc。此时常利用临界等温线在拐点处的特征:
式中:Vm为物质的摩尔体积,m3/mol;R为通用气体常数,J/(mol·K),T为温度,K;x为混合物中各成分的摩尔分数。 + (T)为相同分子间的作用力,各成分的 和bt取自Heidemann和Prausnitz等人的研究成果:
计算氢键结合力和极性力的大小,对非极性气体, 可取0,但对水这种强极性气体根据下式进行计算:
导出常数a、b同气体临界常数之间的关系。这种常规方法不仅需要求出一、二阶偏导数,还要解繁琐的方程,常让学生感到头疼。简明证法如下:
先将R一K方程展开成下列形式:
这是一个关于摩尔体积的三次方程。在临界点处:V=Vc、P=Pc、T=Tc,则有:
又有:
对比(1)、(2)有:
由(3)、(4)、(5)知:
这是一个关于b的一元三次方程,对一元三次方程:
上式诸式中下标i指物质i的参数,w为偏心因子。
其解为:
式中:
代入:
解得:
消除方程组中的V得:
推导完毕。
从推导过程看出,这种证法满足下述条件:
( 1 ) R-K方程中常数a、b仅同临界性质ຫໍສະໝຸດ 关。在临界点确定时,它们都是常数。
( 2 ) R-K方程可以展开成关于摩尔体积的一元三次方程的形式。
因此,从理论说满足上述条件的方程都可以采用这种简明证法导出常数同临界性质之间的关系。
实际气体的R-K方程为:
对于实际气体混合物,若气体间不发生化学反应,则可以把该混合物当做假想的纯质来处理,根据统计热力学,用数学式表示混合气体的系数与各组成气体的系数之间的关系。对于由m种气体组成的混合气体,a和b与气体种类有关的系数,a反应分子间的相互吸引力,b表示分子不能自由活动的空间,与分子本身占有的容积有关。
1949年Reclich和Kwong在保留范氏气体比容三次方简单形式的同时,通过对内压项的修正,提出了R-K方程。使精度有较大提高,且应用简便,对气液平衡和混合物的计算十分成功,因而在气体热力学性质的计算方面得到了广泛应用。
刘朝等人采用对应态维里方程对高温高压湿空气的焓值进行了计算,结果表明,将湿空气看作理想气体会产生很大偏差,而这种偏差对热力过程的影响是不可接受的。杨文滨等人将湿空气看作空气和水蒸气的混合物,采用基于R-K方程的余函数法对高温高压下(1-2MPa)湿空气的焓值进行了计算,结果表明:采用理想混合气体的计算方法对湿空气进行计算会产生很大偏差,必须采用基于实际气体状态方程的计算方法。
立方型状态方程发展始于R-K方程,但大部分是建立在范德华方程基础上的。其特点是都可以展开成摩尔体积的一元三次方程,这是上述证法得以推广的切入点。但必须再次指出的是用上述方法估算常数时有一个前提,这就是立方型状方程中常数只同临界性质Tc、Pc、Vc有关,否则便不能用上述方法推导。例如SR K方程:
式中: