基于分子模擬的高溫高壓水溶液熱力學(xué)研究.pdf

1、本文的主要內(nèi)容包括兩個(gè)方面,高溫高壓N<,2>-O<,2>-H<,2>O體系氣液平衡的研究與高溫高壓MgCl<,2>、CaCl<,2>溶液活度系數(shù)模型的建立.本文將從這兩個(gè)具體體系出發(fā),探討如何以分子模擬為基礎(chǔ)進(jìn)行氣液平衡以及液相活度系數(shù)模型的熱力學(xué)研究.本文首先對(duì)N<,2>-H<,2>O、O<,2>-H<,2>O體系的氣液平衡進(jìn)行了GEMC模擬.平衡性質(zhì)模擬結(jié)果的絕對(duì)數(shù)值與實(shí)驗(yàn)值以及已有模型的結(jié)果相比有超過(guò)10﹪的偏差.這一偏差是水的

2、模型與模擬的規(guī)模共同作用的結(jié)果.雖然在數(shù)值上存在較大偏差,但模擬的結(jié)果準(zhǔn)確地給出了氣體在溶液中的溶解度以及氣相中的水含量隨溫度升高而大幅度上升的規(guī)律.平衡時(shí)兩相的徑向分布函數(shù)解釋了體系平衡性質(zhì)的變化規(guī)律,也說(shuō)明建立熱力學(xué)模型時(shí)忽略體系非理想性是可行的.在GEMC模擬的基礎(chǔ)上,本文提出通過(guò)Helgeson模型計(jì)算空氣組分與水的液相標(biāo)準(zhǔn)態(tài)逸度,并忽略氣液相非理想性的熱力學(xué)方法.在此基礎(chǔ)上建立了濕空氣的飽和焓與飽和濕度模型.計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3、以及文獻(xiàn)結(jié)果吻合相當(dāng)好.利用該模型,本文預(yù)測(cè)了473~573K,5~15MPa濕空氣的飽和濕度與飽和焓,同時(shí)也給出了9、10、12.5、15MPa下濕空氣不同相對(duì)濕度下的溫焓圖.本文對(duì)濕空氣透平循環(huán)中的飽和塔的操作進(jìn)行了模擬計(jì)算,并探討了不同操作條件對(duì)飽和效果的影響.計(jì)算結(jié)果表明,低工作壓力與高進(jìn)口水流量、高進(jìn)口水溫度對(duì)產(chǎn)生高焓值的濕空氣有利,而其中最敏感的影響因素是進(jìn)口水的溫度.本文還與工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的理想氣體模型進(jìn)行了比較.比較結(jié)果

4、表明,當(dāng)T<473K且P<5MPa時(shí),可以用工業(yè)上應(yīng)用的理想氣體模型以簡(jiǎn)化計(jì)算.但是超出該范圍后,應(yīng)該采用本文模型進(jìn)行計(jì)算.MgCl<,2>、CaCl<,2>溶液廣泛存在于自然界中,并在許多過(guò)程如海水淡化、氣體水合物的生成中起著重要的作用.已有的研究表明,溶液的性質(zhì)隨溫度升高有著特殊的變化規(guī)律,高溫高壓條件下MgCl<,2>、CaCl<,2>溶液的熱力學(xué)研究對(duì)建立高溫高壓條件下不同電解質(zhì)溶液的熱力學(xué)模型有著重要的指導(dǎo)作用.本文將在溶液水