第3章 物性方法
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第3章流体的平衡性质和传递性质
第3 章
流体的平衡性质和传递性质
3.1 玻尔兹曼分布定律 3.2 热力学函数与配分函数 3.3 运动形式对热力学函数的贡献 3.4 统计力学法计算理想气体平衡性质 3.5 气体分子运动的平均速度和自由程
3.6 气体的传递性质
3.7 液体的传递性质
总目录
3.8 计算机编程实例
第3 章
流体的平衡性质和传递性质
平动对熵的贡献
Sto
R[ln(
M
3 5 2T 2
P
) 1.151 ]
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总目录
本章目录
3.3.2 振动对热力学函数的贡献
3.3.2.1 双原子分子的振动
双原子分子的振动内能
v v cosh( ) e T 1 2 T U v R v R v v v sinh( ) T 1 e 2T
在3.2节中我们知道，每个分子的能量是各种运动形式的能量 之和，总的配分函数是各种运动形式的配分函数的乘积，由于热力 学函数中，配分函数是以lnq的形式出现，故各种热力学函数可分 解为各种运动形式对热力学函数的贡献之和。
3.3.1 平动对热力学函数的贡献 3 U t RT 平动对内能的贡献 2 3 CVt R 平动对比热容的贡献 2
总目录
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3.1 玻尔兹曼分布定律
3.1.1 名词简介 1）宏观状态与微观状态 2）独立子（孤立子）和相倚子 3）可辨识（可区分）粒子和不可辨识（不可区分）粒子 4）分布和最几可分布
总目录
本章目录
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对于不可辨识粒子，设粒子总数为N，其中有n1个分子处
于能级1上，n2个分子处于能级2上，，nj个分子处于能级
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流体的平衡性质和传递性质
3.1 玻尔兹曼分布定律 3.2 热力学函数与配分函数 3.3 运动形式对热力学函数的贡献 3.4 统计力学法计算理想气体平衡性质 3.5 气体分子运动的平均速度和自由程
3.6 气体的传递性质
3.7 液体的传递性质
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3.8 计算机编程实例
第3 章
流体的平衡性质和传递性质
平动对熵的贡献
Sto
R[ln(
M
3 5 2T 2
P
) 1.151 ]
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3.3.2 振动对热力学函数的贡献
3.3.2.1 双原子分子的振动
双原子分子的振动内能
v v cosh( ) e T 1 2 T U v R v R v v v sinh( ) T 1 e 2T
在3.2节中我们知道，每个分子的能量是各种运动形式的能量 之和，总的配分函数是各种运动形式的配分函数的乘积，由于热力 学函数中，配分函数是以lnq的形式出现，故各种热力学函数可分 解为各种运动形式对热力学函数的贡献之和。
3.3.1 平动对热力学函数的贡献 3 U t RT 平动对内能的贡献 2 3 CVt R 平动对比热容的贡献 2
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3.1 玻尔兹曼分布定律
3.1.1 名词简介 1）宏观状态与微观状态 2）独立子（孤立子）和相倚子 3）可辨识（可区分）粒子和不可辨识（不可区分）粒子 4）分布和最几可分布
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对于不可辨识粒子，设粒子总数为N，其中有n1个分子处
于能级1上，n2个分子处于能级2上，，nj个分子处于能级
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材料力学第3章 轴向拉压变形
Fy 0 :FN1 sin 30 FN3 sin 30 F
(2) 变形协调方程
Δl2 Δl1 Δl3 Δl2 tan30 sin 30 sin 30 tan30
秦飞 编著《材料力学》 第3章 轴向拉压变形
31
3.4 拉压杆静不定问题的解法
例题3-5
(3) 利用物性关系，用力表示变形协调方程
切
B点水平位移：
线 代
圆
Fa
弧
Bx BB1 l1 EA ()
B点铅垂位移：
By
BB'
l2 sin 45
l1
tan
45
(1
2
2) Fa EA
()
秦飞 编著《材料力学》 第3章 轴向拉压变形
19
3.3 桁架的节点位移
例题3-3
图示托架，由横梁AB与斜撑杆CD所组成，并承受集中载荷
2
3.1拉压杆的轴向变形与横向变形
轴向应变: l 胡克定律： FN
l
E EA
所以得到： l FNl EA
（拉压杆胡克定律）
l FNl EA
EA为拉压刚度，只与材料和横截面面积有关。
秦飞 编著《材料力学》 第3章 轴向拉压变形
3
3.1拉压杆的轴向变形与横向变形
(2)补充方程-变形协调方程(compatibility equation)
l1
tan
l2
sin
l3
秦飞 编著《材料力学》 第3章 轴向拉压变形
25
3.4 拉压杆静不定问题 解法
（3）物性（物理）关系
l1
FN1l1 E1 A1
(2) 变形协调方程
Δl2 Δl1 Δl3 Δl2 tan30 sin 30 sin 30 tan30
秦飞 编著《材料力学》 第3章 轴向拉压变形
31
3.4 拉压杆静不定问题的解法
例题3-5
(3) 利用物性关系，用力表示变形协调方程
切
B点水平位移：
线 代
圆
Fa
弧
Bx BB1 l1 EA ()
B点铅垂位移：
By
BB'
l2 sin 45
l1
tan
45
(1
2
2) Fa EA
()
秦飞 编著《材料力学》 第3章 轴向拉压变形
19
3.3 桁架的节点位移
例题3-3
图示托架，由横梁AB与斜撑杆CD所组成，并承受集中载荷
2
3.1拉压杆的轴向变形与横向变形
轴向应变: l 胡克定律： FN
l
E EA
所以得到： l FNl EA
（拉压杆胡克定律）
l FNl EA
EA为拉压刚度，只与材料和横截面面积有关。
秦飞 编著《材料力学》 第3章 轴向拉压变形
3
3.1拉压杆的轴向变形与横向变形
(2)补充方程-变形协调方程(compatibility equation)
l1
tan
l2
sin
l3
秦飞 编著《材料力学》 第3章 轴向拉压变形
25
3.4 拉压杆静不定问题 解法
（3）物性（物理）关系
l1
FN1l1 E1 A1
第一篇 第三章 储层流体的物理特性
第三章储层流体的物理特性所谓储层流体，这里指的是储存于地下的石油、天然气和地层水。
其特点是处于地下的高压、高温下，特别是其中的石油溶解有大量的气体，从而使处于地下的油气藏流体的物理性质与其在地面的性质有着很大的差别。
例如，当储层流体从储层流至井底，再从井底流至地面的过程中，流体压力、温度都会不断降低，此时会引起一系列的变化—原油脱气、体积收缩、原油析蜡；气体体积膨胀、气体凝析出油；油田水析盐—即离析和相态转化过程，而这一系列变化过程对于油藏动态分析、油井管理、提高采收率等都有重要的影响。
又如，进行油田开发设计和数值模拟时，必须掌握有关地下流体的动、静态物理参数，如石油和天然气的体积系数、溶解系数、压缩系数、粘度等；在进行油气田科学预测方面，如在开采初期及开采过程中，油田有无气顶、气体是否会在地层中凝析等，都需要对油气的物理化学特性及相态变化有深刻的认识，才能作出判断。
因此可以毫不夸张地说，不了解石油、天然气和水的性质及其问的相互关系，不掌握它们的高压物性参数，那么，科学地进行油田开发、采油及油气藏数值模拟等便无从讲起。
第一节油气藏烃类的相态特征石油和天然气是多种烃类和非烃类所组成的混合物。
在实际油田开发过程中，常常可以发现：在同一油气藏构造的不同部位或不同油气藏构造上同一高度打井时，其产出物各不相同，有的只产纯气，有的则油气同产。
在油气藏条件下，有的烃是气相，而成为纯气藏；有的是单一液相的纯油藏；也有的油气两相共存，以带气顶的油藏形式出现。
在原油从地下到地面的采出过程中，还伴随有气体从原油中分离和溶解的相态转化等现象。
那么，油藏开采前烃类究竟处于什么相态，为什么会发生一系列相态的变化，其主要原因是什么？用什么方式来描述烃类的相态变化？按照内因是事物变化的根据，外因则是事物变化的条件，可以发现油藏烃类的化学组成是构成相态转化的内因，压力和温度的变化是产生相态转化的外部条件。
因此，我们从研究油藏烃类的化学组成人手，然后再进一步研究压力温度变化时对相态变化的影响。
冶金传输原理第三章第4-5节
3.5.3 薄材的不稳态导热
对于薄材问题，固体导热微分方程不能适用，因为若将固体内的 温度分布视为均匀，则便无导热的发生，于是物体的温度便不会 随时间而变化。
实际物体内部并非无温度梯度，而是 dt 趋于0，或趋于
可以将物体视为一质点。
dx
设有一任意形状的物体，体积为V，表面积为F，热物性参数 、
Cp为常数，初始温度t0 ，将其突然放置在温度为tf 、对流给热系数 h 为常数的某流体中。
假设该物体可以视为薄材（即条件满足Bi≤0.1）
根据热力学第一定律，单位时间内热量的传递转化为：
h F(t f
t)
C pV
dt
d
dt
d
F h
C pV
(t
tf
)
0
或
dt F h
d CpV (t t f )
初始条件 = 0 , t = t0 。求解该微分方程。
解：由分离变量法便可以求解该微分方程，
具体说来，什么样的物体可以看作是“薄材”呢？
从几何概念上讲，一是物体足够的小，小到可以将它看作是一 个质点，但微观上看足够的大，足以统计其温度及其随时间的变 化；或是物体足够的“薄”，而且外部环境温度均匀。
但是，“薄材”并不单纯是一个几何概念。即使是一个很大的 物体，如果它的热扩散系数非常的大，它内部的温度总保持均匀， 均匀地随时间变化，始终可以用任意一点的温度来表示整个物体的 温度变化，那么，这个物体就是“薄材”，也叫做“集总参数系 统”，即，用该系统中某一点的X参数，就可以代表整个系统的X参 数。
tf , h =const
τ=τ3, tw = t3
(tw tf )
s
-s 0 s
x
高等工程热力学第三章
第三章 热力学函数与普遍关系式根据：热力学第一、第二定律 连续可微函数的数学性质 推导：各种热力学函数的微分性质 各种热力学函数的微分关系式适用于：状态连续变化的一切系统以及系统的全部状态 热力学普遍关系式作用：推导或者检验，内查或者外推 范围：简单可压缩系统§1 热力学特征函数及其在描述系统热力学性质中的意义一、热力学特征函数的概念由自然的或者适当的独立变量所构成的一些显函数，他们能够全面而确定地描述热力系统的平衡状态。
热力学特征函数：具有明确的物理意义、连续可微如：以S、V 为独立变量描述内能函数U=U(S，V)就是一个特征函数 全微分dU=TdS-pdV TdS 方程dV VU dS S U dU S V )()(∂∂+∂∂= 可知：p VUT S U S V −=∂∂=∂∂)( , )(则：s u h u pv u v v ∂⎛⎞=+=−⎜⎟∂⎝⎠ v u f u Ts u s s ∂⎛⎞=−=−⎜⎟∂⎝⎠ s vu u g h Ts u v s v s ∂∂⎛⎞⎛⎞=−=−−⎜⎟⎜⎟∂∂⎝⎠⎝⎠热力学能函数只有在表示成S 和V 的函数时才是特征函数。
U＝U(T,V)不能全部确定其他平衡性质，也就不是特征函数。
二、勒让德变换是否还有其他不同于S、V 的独立变量的特征函数吗？有，找出的方法 勒让德变换 设有函数：Y=Y(x 1,x 2,……,x m )全微分：dY=X 1dx 1+X 2dx 2+……+X m dx m 其中：m m x Y X x Y X x Y X ∂∂=∂∂=∂∂=, , , 2211这些偏导数都独立变量是x 1, x 2, ……, x m 的函数 引入函数：Y 1=Y-X 1x 1于是：dY 1=dY-X 1dx 1-x 1dX 1将dY代入：dY 1=-x 1dX 1+X 2dx 2+……+X m dx m 也是一个全微分：Y 1=Y 1(X 1, x 2, ……, x m ) 独立变量中用X 1取代了x 1可以证明：函数Y1和函数Y 具有同样多的信息 对比两个全微分：j i j i 11x 111() , ()Y YX x x X ≠≠∂∂==−∂∂x (互为负逆变换) 如果要互换独立变量和非独立变量的地位，只要应用式： ()i i i i i i X dx d X x x dX =−即可。
第3章Aspen物性方法
传递性质的参数，例如粘度。
状态方程中的参数。 与石油相关的参数。例如油品的API值、辛烷值、芳烃含量、氢含量及 硫含量等
3.2 Aspen Plus中的主要物性模型
理想模型
• IDEAL SYSOP0
状态方程模 型
• Lee方程、PR方程、RK方程
活度系数模 型
• Pitzer、NRTL、UNIFAC、UNIQUAC、VANLAAR、 WILSON
3.2 Aspen Plus中的主要物性模型
特殊模型
方法 AMINES APISOUR BK-10 SOLIDS CHAO-SEA K值计算方法 Kent-Eisenberg amines model API sour water model Braun K-10 应用 MEA、DEA、DIPA、DGA 中H2S、CO2的处理 带有 NH3、H2S、CO2的废 水处理 石油
特殊模型
• AMINES、BK-10、STEAM-TA
3.2 Aspen Plus中的主要物性模型
Aspen Plus提供了含有常用的热力学模型的物性方法。 物性方法与模型选择不同，模拟结果大相径庭。如精馏 塔模拟的例子。相同的条件计算理论塔板数，用理想方 法得到11块，用状态方程得到 7块，用活度系数法得 42 块。显然物性方法和模型选择的是否合适，也直接影响 模拟结果是否有意义。 《Aspen plus物性方法和模型》
真实？
BK10 IDEAL
图（a）
3.3 物性方法的选择
经验选取
是 是 有液液平 衡数据？ NRTL UNIQUAC
否 是
P<10bar
有交互作 用参数？ 否 有液液平 衡数据？
第3章_流体及其混合物热力学性质计算
第3章 流体热力学性质计算利用这些可测得的量P 、V 、T 和流体的热容数据，可计算其它不能直接从实验测得的热力学性质，如焓H 、熵、热力学能(内能)U 、Gibbs 自由焓G 等。
热力学性质的推算是化工热力学课程的核心内容与最根本任务和应用之一，它是建立在经典热力学原理基础之上，结合反映实际系统特征的数学模型(如状态方程)，实现用一个状态方程和气体热容数据模型，如理想气体热容ig P C ，来计算所有其它的热力学性质。
本章学习要求热力学性质是系统在平衡状态下所表现出来的，平衡状态可以是均相的纯物质或混合物，也可以是非均相的纯物质或混合物。
本章要求学生理解和学会使用一些有用的热力学性质表达成P-V-T(x)的普遍化函数，并结合状态方程来推算其它热力学性质的具体方法，内容包括：(1) 从均相封闭系统的热力学基本方程出发，建立热力学函数(如U 、H 、S 、A 、G 、pC 和V C 等)与P-V-T(x)之间的普遍化依赖关系；(2) 应用P-V-T 对应状态原理，计算其它热力学性质的方法； (3) 定义逸度和逸度系数，解决其计算问题； (4) 会使用热力学性质图或表进行计算。
重点与难点3.1 热力学基本方程与Maxwell 关系封闭系统的热力学基本方程为：dU TdS PdV =-(2-1) dH TdS VdP =+(2-2) dA SdT PdV =-- (2-3) dG SdT VdP =-+(2-4)其中H 、A 、G 的定义为：H U PV =+；A U TS =-；G H TS A PV =-=+。
这些热力学基本关系式，适用于只有体积功存在的封闭系统Maxwell 关系是联系U 、H 、S 、A 、G 等函数与P-V-T 性质的数学手段。
3.2 热力学性质的计算方法热力学性质的计算方法有：(1) 对热力学函数的偏微分关系进行积分计算； 2)以理想气体为参考态的剩余性质法； (3) 状态方程法；(4) 普遍化对应状态原理法(或查图、查表法)等。
第三章 食品材料的热物理性质和水分的扩散系数
图2-12 Stepscan DSC的温度程序
图2-13 Stepscan DSC测量比热的原始振荡热流和原始基线热流
图2-14 Stepscan DSC测量比热的计算结果
三、热导率：反映物质传导热能力的性质参 数。
稳态法：实验测量待测试样上温度分布达到稳 定后进行，其分析的出发点是稳态的导热微分 方程，能直接测得导热系数。这种方法的特点 是实验公式简单，实验时间长，需要测量导热 量(直接或间接地)和若干点的温度。 非稳态法：实验测量过程中试样温度随时间变 化，其分析的出发点是不稳定导热微分方程， 常常只能直接测得导温系数，间接算得导热系 数。特点是，实验公式常不如稳态法那样简单 、直观，实验时间短，需要测量试样上苦干点 的温度随时间变化的规律，一般不必测量导热 量。
α＝λ/（cp·ρ）
• 冰在0℃的融化热：334.5kJ/kg或 6.003kJ/mol
§3-2 食品材料热物理性质的测量
一、焓：△Q ,相对值
• 过去多取-20º C冻结态的焓值为其零点 近来多取-40º C冻结态的焓值为其零点 • 热量测量的一般原理，用量热计接受待测热量，根据量热 计的状态变化量及对既知电能或标准物质热的标定结果， 确定待测热量。其关系可用下面方框图表示。
β ＝（△V/V）/T
表 3-2a 水的(体积)热膨胀系数
T /℃ 0 2 4 0.27 6 31.24 8 60.41 /10－6 (1/K) －68.1 －32.7
表 3-2b 冰的(体积)热膨胀系数
T /℃ /10－6 (1/K) 0 57 －25 －50 －75 －100 －125 －150 －175 50 43 38 31 24 17 12
W 1 1 1 1 i W W W v s i i v s i i
粉体力学与工程-03 粉体填充与堆积特性
2017年4月10日星期一
机械与汽车工程学院
总结：非球形颗粒的随机填充(实际颗粒填充)
1) 在重力下，容器中颗粒填充的空隙率随容器直径 减少和颗粒层高度增加而变大 2) 随着球形度的增加，空隙率减少
3) 颗粒表面粗糙度的增加使空隙率增大
4) 细颗粒的粘结作用将形成松填充
5) 粗细颗粒比例改变将影响空隙率
粒密度：ρS = M/VS
机械与汽车工程学院
堆积密度(松装密度）
ρB = M / V B
粉体所占容器 的体积
以一定的方法将粉体填充在已知体积的容器中，该 容器的体积也包括颗粒间空隙的体积。
机械与汽车工程学院
粒密度
ρp = M / Vp
不包括颗粒之间空 隙的体积
机械与汽车工程学院
真密度
ρs = M / V s
2017年4月10日星期一
机械与汽车工程学院
2） 颗粒形状的影响 若颗粒的形状逐渐偏离球体，并且直到板状、
棒状等不规则形状，那么，填充越来越困难，填充 结构越来越疏松，空隙率变得越来越大。
颗粒表面粗糙，则由于填充时摩擦阻力大，就难 以达到紧密填充
当颗粒越小，颗粒间相互作用力越强时，颗粒形
状的影响表现得更明显。 总之，球形颗粒相对易填充，棒状或针状等颗粒难以 填充。
空隙部分： 指粉体粒子以外的介质所占有的部分。这种空隙 量的表示方法有： 容积密度（表观密度 B ）：在一定填充状态下， 单位填充体积的粉体质量，kg/m3。 填充率Ψ： 空隙率ε：
？
机械与汽车工程学院
填充率 比率。
有一定填充状态下，颗粒体积占粉体体积的
M / P B M / B P
M------------ 填充粉体的质量
第三章_稠油热采
Nhomakorabea式中
Xs—蒸汽干度，小数； Vs—蒸汽比容，m3/kg； Vw—饱和水比容， m3/kg；
（12）热容：是单位体积物质的温度上升1℃所需热量。 热容与比容的区别在于前者是指体积，后者是指质量，油藏 岩石的热容量用Cr表示，即： Cr=cr ρr （1-5）
式中
cr—岩石的比热容，kJ/(m3· ℃ )；
关系为直线。由于稠油的粘度随温度的变化范围非常大，不 能采用常规的等坐标纸作出粘温关系曲线。通常采用 ASTMD341-43标准坐标纸。图1-3为中国主要稠油油田的原 油粘度（ASTM坐标）关系。
从图中可以看出， 不同稠油油田的原油粘 度随温度增加而大幅度 地下降，变化规律满足 Andrade方程，其斜率 十分接近（如图中直线 的斜率）。
四、丛式定向井及水平井钻采技术； 五、稠油油井防砂技术（机械防砂、高温化学防砂）； 六、分层注汽及注入化学剂助排技术；
七、稠油热采井机械采油技术； 八、井下高温测试技术（辽河油田研制的温度、压力双参数 测 试仪）； 九、注蒸汽专用锅炉及热采井口设备；
十、稠油集输、计量、脱水及输送技术。
§ 1.4 基本理论
二、原油粘度温度关系 稠油的粘度对温度的变化非常敏感。温度上升，稠油 的粘度急剧下降，这就是稠油热采的加热降粘机理。稠油 粘度与温度的关系满足Andrade方程。即：
o AeB / T
式中 T—绝对温度，K；
(1-7)
µ s； o—稠油粘度，mPa·
A，B—常数，不同稠油A，B常数不同。 Andrade方程（1-7）表明，稠油粘度与绝对温度的倒数 关系为指数关系，在半对数坐标中，粘度与时间的倒数的
第三章 稠油热采
主要内容：
第1节 稠油热采概论
Xs—蒸汽干度，小数； Vs—蒸汽比容，m3/kg； Vw—饱和水比容， m3/kg；
（12）热容：是单位体积物质的温度上升1℃所需热量。 热容与比容的区别在于前者是指体积，后者是指质量，油藏 岩石的热容量用Cr表示，即： Cr=cr ρr （1-5）
式中
cr—岩石的比热容，kJ/(m3· ℃ )；
关系为直线。由于稠油的粘度随温度的变化范围非常大，不 能采用常规的等坐标纸作出粘温关系曲线。通常采用 ASTMD341-43标准坐标纸。图1-3为中国主要稠油油田的原 油粘度（ASTM坐标）关系。
从图中可以看出， 不同稠油油田的原油粘 度随温度增加而大幅度 地下降，变化规律满足 Andrade方程，其斜率 十分接近（如图中直线 的斜率）。
四、丛式定向井及水平井钻采技术； 五、稠油油井防砂技术（机械防砂、高温化学防砂）； 六、分层注汽及注入化学剂助排技术；
七、稠油热采井机械采油技术； 八、井下高温测试技术（辽河油田研制的温度、压力双参数 测 试仪）； 九、注蒸汽专用锅炉及热采井口设备；
十、稠油集输、计量、脱水及输送技术。
§ 1.4 基本理论
二、原油粘度温度关系 稠油的粘度对温度的变化非常敏感。温度上升，稠油 的粘度急剧下降，这就是稠油热采的加热降粘机理。稠油 粘度与温度的关系满足Andrade方程。即：
o AeB / T
式中 T—绝对温度，K；
(1-7)
µ s； o—稠油粘度，mPa·
A，B—常数，不同稠油A，B常数不同。 Andrade方程（1-7）表明，稠油粘度与绝对温度的倒数 关系为指数关系，在半对数坐标中，粘度与时间的倒数的
第三章 稠油热采
主要内容：
第1节 稠油热采概论
化工热力学陈新志版第03章课件
dU=TdS-PdV
化工热力学 第三章 6
仅含状态函数的新方程，是联系体系 性质的热力学基本关系式之一。 适用条件：只有体积功，均相封闭体 系。初、终态可以是两个不同相态 的均相封闭体系，但此时要求两相 的组成相同。所以，组成相同的非 均相体系也可以作为均相封闭体系 处理。
化工热力学 第三章 7
其它热力学基本关系式
ig 并记为 : M M 0 T , P M T , P M ig T , P0
M T , P M ig T , P0
化工热力学
第三章
19
用偏离函数计算热力学性质变化
M T , P M T , P M M T , P M M T , P M T , P M T , P
p2
p1
V V T dp T p
V2 p p p H CV V dT V T T V V dV T2 1 T V V T
第3章 均相封闭系统 热力学原理及其应用
Thermodynamics and its Application of Homogeneous System
化工热力学 1
引言
从容易测量的性质→难测量的性质； 从基础物性→更多有用的性质； 从纯物质性质→混合物性质…… 热力学原理+模型解决上述问题
化工热力学 第三章 28
U CV dT
T2
T1
V2
V1
p T T p dV V
化工热力学
2
P V T
P V T
化工热力学 第三章 6
仅含状态函数的新方程，是联系体系 性质的热力学基本关系式之一。 适用条件：只有体积功，均相封闭体 系。初、终态可以是两个不同相态 的均相封闭体系，但此时要求两相 的组成相同。所以，组成相同的非 均相体系也可以作为均相封闭体系 处理。
化工热力学 第三章 7
其它热力学基本关系式
ig 并记为 : M M 0 T , P M T , P M ig T , P0
M T , P M ig T , P0
化工热力学
第三章
19
用偏离函数计算热力学性质变化
M T , P M T , P M M T , P M M T , P M T , P M T , P
p2
p1
V V T dp T p
V2 p p p H CV V dT V T T V V dV T2 1 T V V T
第3章 均相封闭系统 热力学原理及其应用
Thermodynamics and its Application of Homogeneous System
化工热力学 1
引言
从容易测量的性质→难测量的性质； 从基础物性→更多有用的性质； 从纯物质性质→混合物性质…… 热力学原理+模型解决上述问题
化工热力学 第三章 28
U CV dT
T2
T1
V2
V1
p T T p dV V
化工热力学
2
P V T
P V T
第3章储层和盖层
我国同类碎屑岩砂体产油状况表
砂体类型 河流 三角洲 扇三角洲 水下扇 滩、坝 冲(洪)积扇 湖底扇 油田名称 陕甘宁(J1)、东营孤东(N)、黄骅大港(N)、 冀东南堡 (N)、东濮文留(Es) 辽河(Es)、东营胜坨(Es)、松辽大庆(Kl)、 柴达木朵斯库勒(E) 辽河西部(Es)、南阳双河(Eh)、东濮濮城(Es) 储量规模 千万吨级 亿吨级 千万吨级
第三章
储集层与盖层
储集层的物理性质 常见的储集层类型 盖层
§1 储集层的物理性质
油气在地下是储存在一些岩石的孔、 油气在地下是储存在一些岩石的孔、洞、缝之中的， 缝之中的， 其储集方式就象水充满在海绵里一样。 其储集方式就象水充满在海绵里一样。 凡是能够存储和渗滤流体（ 凡是能够存储和渗滤流体（油、气 、水）的岩层都可 以称之为储集层 储集层。 以称之为储集层。 储层之所以能够储集油气，是因为具备了两个特征： 储层之所以能够储集油气，是因为具备了两个特征： 孔隙性——直接决定岩层储集油气的数量； 直接决定岩层储集油气的数量 孔隙性 直接决定岩层储集油气的数量； 渗透性——控制了储层内所含油气的产能。 控制了储层内所含油气的产能 渗透性 控制了储层内所含油气的产能。 而决定孔、渗性好坏的基本因素是岩石的孔隙结构 孔隙结构， 而决定孔、渗性好坏的基本因素是岩石的孔隙结构， 这些构成了储层物性分析的主要内容。 这些构成了储层物性分析的主要内容。
铸体薄片法：将液体有机玻璃（红、蓝）单体在常温下 铸体薄片法 注入岩样，经高温聚合成有机玻璃，磨片后在镜下观察， 可分辨岩石中的孔、喉分布。 铸体法：在注入有机玻 铸体法 璃后，将岩样在HF中浸 泡，溶掉岩石骨架部分 后，可观察孔隙的空间 展布、立体构架。 评价指标： 评价指标
1、排驱压力（Pd） 排驱压力（ 饱和度中值压力（ 2、饱和度中值压力（Pc50） 3、最小非饱和的孔隙体积百 分数（ 分数（Smin%） 4、孔喉半径集中范围和频数
第三章-ASPEN-PLUS的物性数据库及其应用PPT课件
S
Sulfur（硫）
B
Boron（硼）
Si
Silicon（硅）
F
Fluorine（氟）
Cl
Chlorine（氯）
Br Bromine（溴）
I
Iodine（碘）
用于气体加工、炼油及化工应用。（如气 体加工装置、原油塔及乙烯装置）
第 15 页
4、用于高压烃应用的状态方程性质方法： BWR-LS、LK-PLOCK、PR-BM、RKS-BM
处理高温、高压以及接近临界 点的体系（如气体管线传输或 超临界抽提）
5、灵活的和预测性的状态方程性质方法： PRMHV2、PRWS、PSRK、RK-ASPEN、 RKSMHV2、RKSWS、SR-POLAR
第 26 页
定义物性集
用 Properties Prop-Sets 表来指定一个物性集中的物 性
用 Search 按钮可以查找一个物性 将所有所指定的限定符都应用于每一个指定的物性。 用户可以在 Properties Advanced User-Properties 表
中通过提供 Fortran 子程序定义新的物性
可以把实验数据引入估算中。
第 49 页
使用物性估算的步骤
1. 在Properties Molecular Structure窗口上定义 分子结构。
2. 利用Parameters或Data窗体输入实验数据。
实验数据如标准沸点(TB)对于许多估算方法都 是非常重要的。因此只要有可能就应该输入实 验数据。
物性 API重度 溶解度参数 等张比容
气体粘度
液体粘度 导热系数 表面张力
代号 API DELTA PARC
MUVDIP
MULAND KVDIP SIGDIP
HYSYS使用教程
Streams Temperature Pressure Flowrate GasWell1 40º C 4135KPa 425Kgmole/h GasWell2 45º C 3450KPa 375Kgmole/h GasWell3 40º C 575Kgmole/h HYSYS应用基础教程 -18-
数据类型：
Hysys有四大数据类型，分别是组分数据、物性方法、 物流数据以及单元操作模块： 组分数据： 装置设备及管道当中存在的物质 物流数据： 包括物流的流量、温度、压力以及携带多少能量 单元操作模块： 就是指生产设备的操作参数及尺寸等。 物性计算方法： 是一些化工热力学方程。
HYSYS应用基础教程
-15-
第一章 HYSYS入门
定义物流：
按F4打开模板库 单击物流图标 单击加入按钮 双击打开属性窗口 修改物流名称 输入P.V.T参数 输入物流组成（基准） 分析结果
HYSYS应用基础教程
-16-
第一章 HYSYS入门
闪蒸计算：
闪蒸计算：
N2 H2S CO2 C1 C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 C6 C7+ H2O 0.0002 0.0405 0.0151 0.7250 0.0815 0.0455 0.0150 0.0180 0.0120 0.0130 0.0090 0.0252 0.0000
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-7-
•查看/删除/复制
组份列表。
C:\Programefile\Hyprotech\Hysys3.2\Paks
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第一章 HYSYS入门
建流体包：
选物性方法
•
数据类型：
Hysys有四大数据类型，分别是组分数据、物性方法、 物流数据以及单元操作模块： 组分数据： 装置设备及管道当中存在的物质 物流数据： 包括物流的流量、温度、压力以及携带多少能量 单元操作模块： 就是指生产设备的操作参数及尺寸等。 物性计算方法： 是一些化工热力学方程。
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闪蒸计算：
闪蒸计算：
N2 H2S CO2 C1 C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 C6 C7+ H2O 0.0002 0.0405 0.0151 0.7250 0.0815 0.0455 0.0150 0.0180 0.0120 0.0130 0.0090 0.0252 0.0000
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选物性方法
•
第3章 液体危险品性能检测与评价
3.1 液体危险品性能的检测
（3）检测仪器与试剂 ① 仪器 克利夫兰开口闪点测定仪；温度计 ；防护屏 ② 试剂与耗材 试样：煤油、柴油和润滑油；清洗剂：车用汽油或溶 剂油；钢丝绒：除去碳沉积物。
第3章
3.1 液体危险品性能的检测
（4）检测步骤 ① 检测准备 将仪器放在实验台上→清洗油杯 →安装温度计 ② 检测步骤 注入试样→调试火焰→加热升温→点火试验→测定 闪点→燃点测定 （5）检测数据的记录与处理 ① 数据记录 ② 数据处理 a大气压力对闪点影响的修正 b允差 重复性 → 再现性 → 确定结果
第3章
3.1 液体危险品性能的检测
（4）测定步骤 ① 测定准备 试样处理→清洗黏度计→吸入试样→安装仪器 ② 黏度测定 调整黏度计位置→调试试样液面高度→记录流动时间 → 重复测定四次以上 （5）测定结果处理 ① 数据记录和处理 ② 允差 重复性 → 再现性 → 确定结果
第3章
3.1 液体危险品性能的检测
第3章
3.1 液体危险品性能的检测
3.1.3.3液体自燃温度的测定
（1）测定目的 ① 了解液体性质与自燃的关系； ② 熟悉自燃温度测定仪的使用和维护； ③ 掌握液体自燃温度的测定方法。 （2）测定原理 液体的自燃温度是指在没有火花和火焰的条件下，液 体能够在空气中自燃的最低温度。它通常高于液体燃 烧上限对应的温度。液体自燃温度测定过程，是在常 压下将液态化学品放在一个均匀被加热的容器内，测 定其自燃时的最低温度。
（1）测定目的 ①了解密度对液体危险品性质的影响； ②熟悉检测原理和检测仪器的维护； ③掌握液体密度测定方法及操作技能。
第3章
3.1 液体危险品性能的检测
（2）测定原理： 本实验采用密度计法测定液体的密度。 将试样倒入密度计量筒中，再将装有试样的密度 计量筒放在一定温度的恒温浴中，将密度计放入密度 计量筒的试样中，静止。当密度计内外温度达到平衡 后，记录密度计读数和试样温度。根据石油计量表 （GB1885-1998）把观察到的密度计读数换算成标准密 度。 （3）仪器与试剂 ①仪器设备 密度计量筒、密度计、恒温浴、温度计、搅拌棒。 ②试剂 蒸馏水、溶剂油。
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WIS-NTH。Hayden-O’Connel状态方程使用的是截至两项的维里方程，它
能够可靠地预测极性组分的溶和作用以及气相中的二聚现象（比如含有羧 酸的混合物），但当压力超过10～15个大气压时也不再适用；Hayden-
O’Connel状态方程作为气相模型的性质方法有NRTL-HOC、UNIF-HOC、
WILS-LR
Wilson state)
(liquid
enthalpy
reference Ideal gas
3.2 Aspen Plus中的主要物性模型
特殊模型
方法 K值计算方法 应用
AMINES
APISOUR BK-10 SOLIDS
Kent-Eisenberg amines model
API sour water model Braun K-10
Redlich-Kwong-Soave Redlich-Kwong-Soave Redlich-Kwong-Soave Redlich-Kwong HF Hexamerization model Redlich-Kwong Ideal gas Hayden-O'Connell Nothnagel Redlich-Kwong Ideal gas
系统提供了三种组分类型，化学系统、烃类系统以及特殊系统，这
里选择烃类系统
3.3 物性方法的选择
选择完成后，系统提示用户是否含有石油产品的数据分析或是虚
拟组分，点击No
3.3 物性方法的选择
系统给用户提供几种物性方法作为参考
3.3 物性方法的选择
特殊体系的物性方法选择
存在气相缔合的体系
对于存在气相缔合的体系、二聚反应，常用的热力学方法有两种， Nothagel和Hayden-O’Connel状态方程。 Nothagel方程使用的是截断的范德华方程，可以模拟气相的二聚反应，不 足之处在于当压力大于几个大气压时就不适用了；使用Nothagel状态方程 作为气相模型的性质方法有NRTL-NTH、UNIQ-NTH、VANL-NTH、
理想模型
理想物性方法 IDEAL SYSOP0 K值计算方法 Ideal Gas/Raoult's law/Henry's law Release 8 version of Ideal Gas/Raoult's law
3.2 Aspen Plus中的主要物性模型
状态方程模型
方法 状态方程 基于Lee方程的物性方法 BWR-LS BWR Lee-Starling LK-PLOCK Lee-Kesler-Plö cker 基于PR方程的物性方法 PENG-ROB Peng-Robinson PR-BM Peng-Robinson with Boston-Mathias alpha function PRWS Peng-Robinson with Wong-Sandler mixing rules PRMHV2 Peng-Robinson with modified Huron-Vidal mixing rules 基于RK方程的物性方法 PSRK Predictive Redlich-Kwong-Soave RKSWS Redlich-Kwong-Soave with Wong-Sandler mixing rules RKSMHV2 Redlich-Kwong-Soave with modified Huron-Vidal mixing rules RK-ASPEN Redlich-Kwong-ASPEN RK-SOAVE Redlich-Kwong-Soave RKS-BM Redlich-Kwong-Soave with Boston-Mathias alpha function 其他物性方法 SR-POLAR Schwartzentruber-Renon
UNIQ-HOC、 物性方法的选择
特殊体系的物性方法选择 含有氟化氢（HF）的体系
只有WILS-HF性质方法将HF状态方程用作气相模型，此方法能可 靠的预测HF在混合物中的强缔合影响，但是不适用于压力超过3个 大气压的情况
含有电解质的体系
电解质的活度系数模型ENRTL模型适用于具有多溶剂和溶解气体 的溶液，非常适用于中压和低压体系。Pitzer模型计算气体溶解度 可以获得很好的结果；B-Pitzer活度系数模型精度有限但是具有预 测性；ENRTL-HF方法与ENRTL类似，用于计算HF强络合现象的 气相模型以及低于3个大气压的体系
含量等
3.2 Aspen Plus中的主要物性模型
3.2 Aspen Plus中的主要物性模型
Aspen Plus提供了含有常用的热力学模型的物性方法。 物性方法与模型选择不同，模拟结果大相径庭。如精馏 塔模拟的例子。相同的条件计算理论塔板数，用理想方 法得到11块，用状态方程得到 7块，用活度系数法得 42 块。显然物性方法和模型选择的是否合适，也直接影响 模拟结果是否有意义。 《Aspen plus物性方法和模型》
真实？
BK10 IDEAL
图（a）
3.3 物性方法的选择
经验选取
是 是 有液液平 衡数据？ NRTL UNIQUAC
否 是
P<10bar
有交互作 用参数？ 否 有液液平 衡数据？
WILSON NRTL UNIQUAC UNIF-LL
极性非电解 质物系
压力 是 P>10bar 有交互作 用参数？ 否
Redlich-Kwong Redlich-Kwong-Soave Hayden-O'Connell Ideal gas Redlich-Kwong
3.2 Aspen Plus中的主要物性模型
基于UNIQUAC的物性方法 UNIQUAC UNIQUAC UNIQ-HOC UNIQUAC UNIQ-NTH UNIQUAC UNIQ-RK UNIQUAC UNIQ-2 UNIQUAC (using dataset 2) 基于VANLAAR的物性方法 VANLAAR Van Laar VANL-HOC Van Laar VANL-NTH Van Laar VANL-RK Van Laar VANL-2 Van Laar (using dataset 2) 基于WILSON的物性方法 WILSON Wilson WILS-HOC Wilson WILS-NTH Wilson WILS-RK Wilson WILS-2 Wilson (using dataset 2) WILS-HF Wilson Wilson (ideal gas and liquid enthalpy WILS-GLR
以例2.1为例： 点击菜单栏Tools下的Property Method Selection Assistant，启动帮助系统
3.3 物性方法的选择
系统提供了两种方法，可以通过组分类型或是化工过程的类型进行 选择。以指定组分类型为例，选择第一项，Specify component type
3.3 物性方法的选择
MEA 、 DEA 、 DIPA 、 DGA中H2S、CO2的处理
带有 NH3、H2S、CO2的废 水处理 石油
Ideal Gas/ Raoult's law/Henry's law /solid 冶金 activity coefficients
CHAO-SEA
GRAYSON
Chao-Seader corresponding states model
PURECOMP
常数参数。例如绝对温度、绝对压力。 相变的性质参数。例如沸点、三相点。 参考态的性质参数。例如标准生成焓以及标准生成吉布斯自由能。 随温度变化的热力学性质参数。例如饱和蒸汽压。
传递性质的参数，例如粘度。
安全性质的参数。例如闪点、着火点。 UNIFAC模型中的集团参数。 状态方程中的参数。 与石油相关的参数。例如油品的API值、辛烷值、芳烃含量、氢含量及硫
3.2 Aspen Plus中的主要物性模型
活度系数模型
方法 液相活度系数 基于Pitzer的物性方法 PITZER Pitzer PITZ-HG Pitzer B-PITZER Bromley-Pitzer 基于NRTL的物性方法 ELECNRTL Electrolyte NRTL ENRTL-HF Electrolyte NRTL ENRTL-HG Electrolyte NRTL NRTL NRTL NRTL-HOC NRTL NRTL-NTH NRTL NRTL-RK NRTL NRTL-2 NRTL (using dataset 2) 基于UNIFAC的物性方法 UNIFAC UNIFAC UNIF-DMD Dortmund-modified UNIFAC UNIF-HOC UNIFAC UNIF-LBY Lyngby-modified UNIFAC UNIF-LL UNIFAC for liquid-liquid systems 汽相逸度系数
3.3 物性方法的选择
经验选取 由物系特点及其操作条件进行选择
电解质 极性 物系 电解质？ 非电解质 物 系 真实 非极性 物系 PENG-ROB RK-SOAVE PR-BM RKS-BM >1atm CHAOSEA BK10 GARYSON 虚拟& 真实 P 真空 参考（b） ELECNRTL
第3章 物性方法
作者：毕欣欣 孙兰义
物性方法
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 Aspen Plus数据库 Aspen Plus中的主要物性模型 物性方法的选择 定义物性集 物性分析 物性估算 物性数据回归 电解质组分
3.1 Aspen Plus数据库
3.1 Aspen Plus数据库
过程模拟必须选择合适的热力学模型
在使用模拟软件进行流程模拟时，用户定义了一个流程以 后，模拟软件一般会自行处理流程结构分析和模拟算法方 面的问题，而热力学模型的选择则需要用户作决定。流程 模拟中几乎所有的单元操作模型都需要热力学性质的计算 ，迄今为止，还没有任何一个热力学模型能适用于所有的 物系和所有的过程。流程模拟中要用到多个热力学模型， 热力学模型的恰当选择和正确使用决定着计算结果的准确 性、可靠性和模拟成功与否。 选取方法 由物系特点及操作温度、压力经验选取 由帮助系统进行选择