基于黏滞球模型的CPA状态方程应用于醇胺系统相平衡的计算

考虑到醇胺及其混合物中分子间存在缔合作用的事实,结合立方型PR状态方程,通过引入基于黏滞球模型(SSM)发展起来的缔合流体的分子热力学模型,建立了一个新的CPA(cubic-plus-association)状态方程,即CPA-SSM,并将方程应用到醇胺系统相平衡的计算中。通过关联对比温度0.55～0.90范围下醇胺流体的实验饱和蒸气压和液相体积得到了8种醇胺流体的分子参数。结果表明,CPA-SSM方程可满意地计算出醇胺饱和蒸气压和液体密度,总平均误差分别只有0.57%和1.80%。对醇胺混合物,无论是恒压还是恒温系统,只需引入一个与温度无关的可调参数,CPA-SSM方程即可满意关联二元系统的汽液平衡数据,并可进一步预测多元混合物的汽液平衡。     

多不饱和脂肪酸酯分离纯化研究-1:物性模型研究与建立

利用分子模拟技术(GAUSS)和类导体屏蔽片段活度系数模型(COSMO-SAC)相结合的方法,研究了多不饱和脂肪酸酯体系纯组分的热力学性质和传递性质。通过数值计算方法,将物性数据进行回归,分别得到了饱和蒸气压Anton-Riedel拓展方程模型log P=A+B/(T)+C×T+D×ln(T)、液相黏度Andrade扩展方程模型logη=A+B/(T)+C×ln(T)和液相密度Rackett方程模型ln(1/ρ)=ln(B/A)+(1-T/C)~D×ln(B)。     

换热器污垢特性的建模与预测

搭建了污垢实验系统以测量管壁温度及出、入口温度等参数,以3个壁温、出口温度、入口温度作为模型的输入变量,以污垢热阻值作为模型的输出变量,利用偏最小二乘算法拟合出污垢特性预测方程。利用第二个运行周期对该预测模型进行了验证。通过比较预测结果和实验结果可知最大相对误差在8.5%以内。通过分析各单一自变量对预测模型的影响,得出了四变量优化模型,从而提高了模型的预测精度,同时分析了流速等对预测模型的影响。     

含蜡原油的黏弹-触变模型

在胶凝温度以下,因蜡的结晶析出并形成三维空间网络结构,含蜡原油表现出复杂的非牛顿流体特性,如黏弹性、屈服应力和触变性等。目前,含蜡原油的触变性模型均为黏塑性模型,没有考虑屈服点附近及之前物料所具有的黏弹特性。为此,提出了一个包含状态方程和速率方程、共10个未知参数的黏弹-触变模型。模型的剪应力由弹性应力和黏性应力构成,弹性应力为剪切模量与剪应变的乘积,剪切模量正比于结构参数和损耗函数。描述结构参数随时间变化的速率方程,假设结构破坏项与能量耗散率相关,克服了以往速率方程中结构破坏项与剪切率相关这一假设的不足。模型可描述含蜡原油所具有黏弹-触变特性,并且所预测的剪应力能够从以黏弹性为主的阶段平滑过渡到以触变性为主的阶段。利用大庆原油剪切率阶跃和滞回环的实验数据对模型进行验证。结果表明:两种测试的模型拟合值与实测值的平均相对偏差分别在2.0%和5.0%以内;利用由剪切率阶跃测试数据拟合得到的模型参数对滞回环测试进行预测,预测的平均相对偏差约为16%。     

饱和氢的状态方程

将GiorgioS .Soave改进的BWR方程应用于饱和氢流体 ,通过实验数据对方程的参数进行了选择和拟合。此方程用于饱和氢流体气液两相PVT关系的预测 ,计算结果与实验数据符合良好。气相密度均方根偏差为0 .0 1463 % ,最大偏差 - 0 .2 3 82 % ;液相密度均方根偏差为 0 .0 0 64 78% ,最大偏差 - 0 .3 0 67% ,结果可靠     

聚合物基复合材料变参蠕变模型

将标准三元件黏弹模型中的黏壶扩展为广义黏壶,认为黏滞系数是时间的函数,构造出一种变参三元件模型,求解了其本构方程及蠕变应变。运用最小二乘原理,建立了该模型参数的确定方法。理论分析了该模型适合描述聚合物基复合材料前两个阶段的蠕变行为。开展了连续纤维增强FRP单向板在应力水平为30%恒定荷载下的蠕变实验,并通过实验数据的分析,验证了该模型的正确性。     

煤基/石油基火箭煤油高参数黏温特性与组分特性研究

为探究温度变化及组分变化对液体火箭推进剂黏度的影响规律,以煤基/石油基火箭煤油两种燃料为研究对象,获取两种燃料宽广温度和压力范围内的黏度数据,构建两种燃料“黏度-温度-压力”数学模型,大多数模型偏差都在5%的实验扩展不确定度范围内,能够精确预测燃料黏度随温度及压力的变化。黏温系数及等压黏度变化率的大小可反映不同燃料的黏温特性,对比结果表明,煤基煤油和石油基煤油的黏温系数和等压黏度变化率的绝对值相近,受温度影响程度几乎相同。根据运动黏度梯度,提供两种火箭煤油雾化燃烧效果最佳的临界预热温度。以灰色关联理论方法分析火箭煤油五组分烃类物质与黏度及黏度变化率的相关性,研究影响火箭煤油黏度的敏感组分因素。结果表明：单环烷烃对低温火箭煤油黏度指标影响最大,双环烷烃对高温火箭煤油黏度指标影响最大。     

烃类热裂解动力学模型研究局限性及对策

通过对目前已有的热裂解制乙烯动力学模型准确度不高、不能适应工业生产原料预测精度要求及深层次原因的剖析,指出了烃类热裂解集总模型和分子模型等应用时不易外推的主要原因是建立这些模型时仅仅依靠原料组成和产物分析的数据,而忽略了复杂自由基反应网络的反应机理研究,而自由基反应规律才是影响模型准确性的最本质因素。提出了分子模拟和工艺过程模拟的理论方法与实验方法相结合的研究思路,并通过将模拟计算数据与文献中的实验或计算数据及已有裂解规律综合进行对比分析的方法。该方法克服了纯实验研究结果误差大、研究进展缓慢的缺点,同时克服理论研究经常与实验数据不符、不易被人接受的缺点,从而较准确、快速地研究烃类热裂解的自由基反应机理。     

非离子表面活性剂定量结构-性质相关性的研究

用量子化学参数来描述非离子表面活性剂的分子结构，研究分子的结构与临界胶束浓度(cmc)和表面张力(rcmc)的定量构效关系，建立了定量模型。其中，采用量子化学AM1方法和B3LYP／／6—31G^*方法计算了44个非离子表面活性剂化合物的电子结构特征，选取了7种量化参数和疏水链的烷基碳原子数，利用多元回归分析方法建立方程。回归结果表明，分子轨道能量(EHOMO)和电荷参数对cmc和rcmc影响较大，它们分别反映了非离子表面活性剂分子与水分子问的价键作用和静电作用。     

Preparation and application of flow improvers additives for super-viscous crude oil

通过多元高碳醇与甲基丙烯酸酯化、共聚和胺解,研制出新型胺解共聚物型超稠原油流动改进剂,将流动改进剂应用于辽河超稠油中,进行黏温性能测试和模型预测分析。实验结果表明,由于胺解共聚物流动改进剂具有与稠油较为相似的结构组成,使得原油内部大基团溶解而促进原油流动,因而显示出对超稠油独特的降黏效果,平均降黏率50%,最高可达到80%以上。建立了原油黏度随温度变化的预测模型并进行了三维参数模拟,预测模型的相关性达到0.987。     

改性双马来酰亚胺树脂的化学流变性研究

QY9611是一种新型的改性双马来酰亚胺树脂。利用DSC动态升温法获得了QY9611树脂的固化反应热流曲线。采用旋转流变仪对QY9611树脂的化学流变性进行研究,获得了它的动态黏温特性和等温黏度特性。在此基础上,通过双阿伦尼乌斯经验方程拟合,建立了QY9611双马来酰亚胺树脂的化学流变模型方程,并利用化学流变模型方程与实际数据进行了模拟验证。验证结果表明,建立的化学流变模型与实际测试数据基本吻合,可以用来模拟低黏度工艺窗口的流变行为,为复合材料的成型加工提供了理论依据和基础数据。     

基于主成分分析和PLS算法的弧线管污垢特性研究

搭建了弧线管污垢特性实验平台,用于测量相应的污垢参数。基于主成分分析理论和偏最小二乘算法(PLS)建立了弧线管的污垢特性方程。该方程以弧线管的出入口温度、壁温及流速等参数作为模型的自变量,以污垢热阻值作为因变量。利用交叉验证原则以提取最佳主成分个数。通过对预测方程的检验,结果表明:所建5自变量预测方程能较好地实现对弧线管污垢特性的预测,而且明显优于6自变量模型。     

非对称烃类体系高压汽液平衡的预测

本文基于London色散力理论和Pitzer对比态原理等统计力学基础提出了一个RKS方程改进的混合规则,进而导出一个非对称烃类体系通用二元相互作用参数的表达式:使用该RKS方程改进的混合规则,较满意地预测了21个非对称烃类的高压汽液平衡,从而显著地提高了原RKS方程假定K_(ij)=0时的预测精度。     

用振动力学有限元分析方法估算多类烃的液体热导率

将烃分子结构模拟成弹性体,用振动力学有限元分析方法对分子3D结构进行有限元分析,建立分子结构体系的刚度矩阵和多自由度振动方程,用MATLAB软件包求解得到分子结构固有频率和刚度矩阵特征值,将分子结构固有频率和刚度矩阵特征值作为参数,用多元回归方法建立液态烃类热导率QSPR模型。该模型对训练集581个多类烃的液态热导率的计算值与实验值的相关系数为0.9874,平均绝对误差小于0.00259W·m-1·K-1,平均相对误差小于2.39%;对测试集22个烃类化合物热导率的预测值与实验值的相关系数为0.9550,平均绝对误差小于0.00263 W·m-1·K-1,平均相对误差小于2.42%。该计算模型的计算值和实验吻合,可用于链烃、烯烃、炔烃及单环烷烃、多环烷烃、萘烷、芴烷、菲烷、茚烷、蒎烷等复杂结构烷烃的液体热导率的计算。     

分子的结构与液体的溶解度参数

本文根据Bagley的溶解度参数定义,由修正的Van der Waals模型建立了一个能计算各种温度下液体溶解度参数的公式δ=(RTρm/1-Aρm+Bρm~2)~(1/2)式中ρm是液体的摩尔密度.A和B是两个相关的特性常数,对于一般小分子液体B=0.2610A~2它们都仅与分子的大小有关.本文发展了一种能从分子的结构式准确获得各种液体的特性常数A的基团贡献法,对60种液体的溶解度参数预测结果表明,计算值与实验值的平均相对误差为±0.8%.     

垂直同心环空管内上升弹状流向团状流的转换

对垂直同心环形管内上升气液弹状流向团状流的转换进行了一定的研究。根据弹状流及团状流的流动特性 ,并考虑同心环形管的结构特征 ,建立了垂直同心环形管上升气液团状流向环状流转换的新的理论模型。通过文中的实验数据及其他研究者的实验数据对该模型的预测性能进行了检验 ,并与其他研究者的模型进行了比较 ,最后还对环形管结构参数对转换的影响进行了一定的分析。     

基于晶体生长及形貌的煤灰渣黏温模型

采用高温热台显微镜研究了非牛顿煤灰渣结晶过程的晶体生长规律及形貌特征,获得不同化学组成煤渣晶体的种类转变和长宽比变化等参数。基于实验获得的晶体生长规律,耦合晶体形貌、长宽比及熔渣固相随温度的变化关系式,修正悬浮液的黏度模型,建立了适用于非牛顿熔渣的黏温预测模型,并与实测黏温曲线对比和验证。该模型考虑了主要析出以单斜晶系或三斜晶系特征的长石类、黄长石、钙长石和镁硅钙石等单相和多相晶体形貌特征,并结合煤渣固相分数（范围0≤?≤0.8）和长宽比（1.0~16.0）等参数修正。结果发现,模型对于煤渣酸碱比范围为0.5~3.0,煤渣硅铝含量总和35%~70%（质量）范围,CaO含量低于30%（质量）、MgO含量为0~10%（质量）以及Fe₂O₃含量范围低于16%（质量）的煤渣黏度预测适用性较好。     

LNG接收站蒸发计算状态方程选择

LNG物性参数是LNG接收站模型建立、工艺流程模拟计算及研究必不可少的基础数据。以国外实验数据为基础,采用Aspen HYSYS软件分析评价PR、SRK、LKP、BWRS状态方程对气液相组成、焓、密度等物性参数的预测结果,比选汽液相平衡和热力学参数的计算状态方程,建立了LNG接收站储罐蒸发模型,并比较了四种状态方程的准确度。结果表明：PR方程在汽液相平衡计算方面计算精度最高,相对误差为4.70%;LKP方程计算热力学参数最准确,预测误差为2.59%。综合考虑相平衡参数和热力学参数计算精度,PR方程精度最高,预测误差为3.77%。此外,PR方程对LNG储罐蒸发和储罐压力的模拟计算值与现场数据吻合度最好,因此LNG接收站蒸发计算推荐选用PR方程。研究结果对物性参数和LNG接收站蒸发计算状态方程的选择具有借鉴意义。     

黏弹流体动态黏度数学模型与实验研究

针对经典Maxwell本构模型的局限性进行了相应的非线性修正,提出了一种新的黏弹本构模型,利用修正模型和基于黏性耗散机理建立的黏滞动力方程,得到了振动剪切流场黏弹流体的动态黏度函数.通过将动态黏度函数应用于简单振动剪切流,得到了与传统计算方法相一致的结果.最后,进行了同轴圆筒动态流变实验.实验数据与垂直叠加振动剪切流场中LDPE熔体黏度的理论值进行了对比,发现动态黏度函数在小振幅范围内具有较好的预测能力.     

基于结构导向集总的FCC汽油催化裂解分子尺度动力学模型

利用结构导向集总模型构造烃分子和编制反应网络,并结合Monte Carlo模拟方法,建立了催化裂化（FCC）汽油催化裂解反应的分子尺度动力学模型。结构导向集总模型选用7个分子结构片段表示催化汽油中的分子,生成2000个共计92种烃类分子代表催化汽油原料组成。模型选取催化汽油中含量较多的11种单体烃作为模型化合物研究其催化裂解反应行为,并以此为依据制定反应规则,求取模型所需反应速率常数。模拟结果表明,应用结构导向集总模型和Monte Carlo模拟方法进行催化裂解分子尺度动力学建模是可行的,能对多种反应产物的产率进行预测。模拟值和实验结果符合良好,相对误差基本在10%以内。模型对延长反应时间后的产品收率有一定的预测能力。