Семейство продуктов COMSOL®

Рассчитывайте свойства веществ с помощью модуля «Термодинамика жидкостей и газов»

Инструменты моделирования свойств газовых смесей, жидких растворов и газожидкостных смесей

Точный расчёт физических свойств веществ крайне важен при решении задач вычислительной гидродинамики, теплопередачи и акустики. С помощью модуля «Термодинамика жидкостей и газов» можно легко и точно рассчитать плотность, коэффициент вязкости, коэффициент теплопроводности, теплоёмкость и другие свойства с учётом их зависимости от состава, давления и температуры вещества. Все функции модуля «Термодинамика жидкостей и газов» включены также в состав модулей «Химические реакции», «Электрохимические аккумуляторы» и «Топливные ячейки и электролизёры».

Область применения модуля «Термодинамика газов и жидкостей»

Свойства для решения задач гидродинамики

Плотность и вязкость жидкостей, как правило, зависят от состава, давления и/или температуры. Расчёт точных значений этих свойств среды играет важную роль, поскольку его результаты могут повлиять и на проект моделируемой системы, и на протекающие в ней процессы. Модуль «Термодинамика жидкостей и газов» содержит инструменты для расчёта плотности и вязкости газовых смесей произвольного состава. Кроме того, в состав модуля включены расчётные модели для жидких растворов, например, водных растворов и растворов на основе органических растворителей. Встроенные модели для двухфазных систем позволяют находить равновесный состав парожидкостных смесей в зависимости от давления и температуры.

Свойства для решения задач теплопередачи

Для моделирования теплообмена в жидкостях необходимы данные о теплофизических свойствах, например, о коэффициенте теплопроводности, теплоёмкости, в дополнение к данным о плотности и вязкости среды. Скажем, при проектировании климатических и вентиляционных систем нужно учитывать зависимость свойств воздуха от относительной влажности, давления и температуры, и эти зависимости могут оказывать определяющее влияние на корректность таких моделей и точность результатов моделирования. Сказанное справедливо также и в задачах моделирования газовых и жидкостных теплоносителей, которые используются в самых разных технологических процессах. Модуль «Термодинамика жидкостей и газов» содержит расчётные модели для коэффициента теплопроводности и теплоёмкости с учетом зависимости от давления и температуры. Эти свойства можно рассчитать для газовых смесей и жидких растворов произвольного состава, и использовать полученные данные для создания точных моделей теплопередачи.

Свойства для решения акустических задач

Распространение акустических волн в подвижных средах, например, в воде или воздухе, зависит от давления, температуры, объёмной вязкости, теплоёмкости и теплопроводности. В воздухе на эти свойства влияет относительная влажность. Точность расчёта перечисленных свойств, а следовательно, и точность результатов решения акустических задач непосредственно связаны с указанными переменными, значения которых можно рассчитать с помощью модуля «Термодинамика жидкостей и газов».

Тестовая модель приточно-вытяжной вентиляции Поле температуры, рассчитанное в тестовой модели приточно-вытяжной вентиляции. Плотность, вязкость и другие теплофизические свойства воздуха зависят от температуры, давления и влажности. С помощью модуля «Термодинамика жидкостей и газов» можно сгенерировать точные функциональные зависимости для этих свойств.
Модель тепловой трубки Распределения температуры и скорости в тепловой трубке. Задача тепломассообмена в модели решается совместно с расчётом испарения и конденсации рабочей жидкости.
Модель калибровки микрофонов методом взаимности При калибровке высококачественных измерительных микрофонов используется метод взаимности. Свойства влажного воздуха зависят от атмосферного давления, температуры и относительной влажности. Чтобы получить точные результаты, необходимо учитывать эту зависимость.

Функциональные возможности модуля «Термодинамика жидкостей и газов»

Термодинамические свойства

В состав модуля «Термодинамика жидкостей и газов» включены математические модели и параметры для расчёта следующих свойств:

  • Тепловой эффект реакции
  • Теплота образования
  • Удельная теплоёмкость
  • Коэффициент вязкости
  • Плотность
  • Коэффициент теплопроводности
  • Коэффициент бинарной диффузии
  • Активность и коэффициент летучести
Указанные свойства можно рассчитать для смесей жидкостей и газов. Кроме того, инструменты модуля позволяют проводить так называемые flash-расчеты, то есть определять параметры равновесных многофазных систем газ-жидкость, газ-жидкость-жидкость и жидкость-жидкость.
Одномерный график, на котором показана фазовая диаграмма и отмечена точка росы и точка кипения смеси хлороформа с метанолом Фазовая диаграмма неидеальной смеси хлороформа и метанола. Сначала строится диаграмма "температура-состав" и выделяется азеотропа смеси. Затем строится диаграмма "энтальпия-состав", на которой показаны изотермы.

Термодинамические модели и модели для расчёта свойств

Для расчёта перечисленных выше свойств веществ в модуле «Термодинамика жидкостей и газов» используется целый набор различных термодинамических моделей. Разнообразие доступных моделей обусловлено тем, что ни одна термодинамическая модель не является универсальной. Выбор расчётной модели зависит от типа смеси и условий состояния.

Для жидкостей и газов доступны следующие модели:

  • Идеального газа
  • Пенга-Робинсона
  • Пенга-Робинсона (с модификацией Тву)
  • Соаве-Редлиха-Квонга
  • Соаве-Редлиха-Квонга (с модификацией Граборски-Дауберта)

Для смесей жидкостей доступны следующие термодинамические модели:

  • Чао-Сидера (с модификацией Грейсона-Стрида)
  • Уилсона
  • NRTL
  • UNIFAC VLE
  • UNIQUAC
  • Регулярного раствора
  • Расширенная модель регулярного раствора
  • Идеального раствора

В дополнение ко встроенным термодинамическим моделям можно задать собственную модель для расчёта свойств.

Окно настройки модели для расчёта термодинамических свойств в задаче о моделировании тепловой трубки в COMSOL Multiphysics В окне настройки термодинамической системы можно выбрать термодинамическую модель, а также задать модель для каждого из рассчитываемых свойств.

Каждая компания имеет уникальные требования к моделированию. Свяжитесь с нами, чтобы точно определить, подойдет ли программный пакет COMSOL Multiphysics® для решения ваших инженерных или научных задач. Обсудив основные аспекты с одним из наших менеджеров, вы получите личные рекомендации и подробные примеры, которые помогут вам сделать верный выбор и подобрать подходящую конфигурацию продуктов и тип лицензии.

Просто нажмите кнопку "Связаться с COMSOL", укажите свою контактную информацию, комментарии или вопросы и отправьте нам эту заявку. В течение одного рабочего дня вы получите ответ.

Следующий шаг:
Запрос
информации
о программе