热导率的理论研究较为复杂,需针对物质所处的不同状态选择合适的计算模型。根据天然气的不同压力范围及相态,给出了天然气在低压气体、高压气体及低压液体状态下的热导率算法。高于1MPa时,气体热导率随压力的变化关系比较复杂。本节LNG的热导率计算,采用热导率经验关联式与Li模型结合使用的方法。......
2023-06-24
预测天然气热导率的对应态模型
【摘要】：通过对上述不同压力范围及相态的热导率算法的分析和比较,发现常用的天然气热导率算法也存在着适用范围窄,计算较为烦琐的问题,由上文对天然气黏度算法的计算分析可知,采用对应态模型预测天然气黏度具有适用范围广、精度高的优点,这主要是由于参比物质甲烷和天然气的化学结构和相对分子质量近似,较好地符合了对应态原理。因此,本节考虑采用对应态理论计算天然气热导率。
通过对上述不同压力范围及相态的热导率算法的分析和比较,发现常用的天然气热导率算法也存在着适用范围窄,计算较为烦琐的问题,由上文对天然气黏度算法的计算分析可知,采用对应态模型预测天然气黏度具有适用范围广、精度高的优点,这主要是由于参比物质甲烷和天然气的化学结构和相对分子质量近似,较好地符合了对应态原理。因此,本节考虑采用对应态理论计算天然气热导率。
简单热导率对应态模型中,对于一组遵循对应态原理的物质,对比热导率可以表示为对比压力pr和对比温度Tr的函数,即
λr=λζ=f(pr,Tr) (1-92)
式中,ζ是由气体运动理论导出的热导率对比化参数。
混合物的热导率计算必须对简单的对应态原理进行校正,将热导率分成两部分:
λ=λtr+λint(1-94)式中,λtr为考虑平移能量传递影响的热导率;λint为考虑热力学能传递影响的热导率。
对应态理论只适用于计算混合物热导率中的平移项。
采用校正系数α校正混合物热导率与简单对应态模型之间的偏离,得到如下的混合物热导率的模型[23]:
式中,ζ0、ζm为参比物质和混合物的热导率对比化参数;α0、αm为参比物质和混合物的热导率校正项;λ0为参比物质在压力p0、温度T0状态下的热导率:λint,0、λint,m是参比物和混合物热导率的热力学能项。
式中,η1为混合工质在温度T和101kPa下的黏度;Cidp,m为温度T时理想气体的摩尔定压热容。
热导率的混合规则与天然气黏度对应态模型类似,Tc,m和pc,m可分别由式(1-61)～式(1-63)计算,混合物相对分子质量Mr,m由Chapman-Enskog理论导出。
由式(1-95)即可根据甲烷的热导率计算天然气的热导率,混合物的热导率校正项αm由下式估算:
采用Hanley提出的甲烷热导率模型[16],该模型建立在大量实验数据的基础上,适用范围广,可用于计算温度95～400K,压力由常压直至50MPa范围内的甲烷气态、液态的热导率,最大误差为2%。甲烷热导率模型的具体表达式如下:
λ(p,T)=λ0(T)+λ1(T)ρ+Δλ(ρ,T)+Δλc(ρ,T) (1-104)式中,ρ为密度;λ0为稀薄气体热导率;λ1为热导率的密度一阶修正项;Δλ为余项;Δλc为热导率的临界点增强项。
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