Обновления модуля Химические реакции

Пользователи модуля Химические реакции найдут в версии 5.3a программного пакета COMSOL Multiphysics® базу термодинамических свойств жидкостей и газов, поддержку взаимосвязи этих свойств и интерфейсов разработки реакций и три новые учебные модели, демонстрирующие эти обновления. Ниже подробно описаны новые возможности моделирования химических реакций.

Встроенная функциональность для расчета термодинамических свойств

База термодинамических свойств в составе модуля Химические реакции позволяет рассчитывать такие свойства веществ, как энтальпия образования, энтальпия реакции, теплоемкость, теплопроводность, плотность, коэффициент диффузии и равновесный состав. Эти свойства можно рассчитать для чистых веществ, смесей и двухфазных систем, состоящих из чистых веществ или смесей.

Для каждой системы вы можете создать набор свойств, описывающий возможные компоненты и фазы (агрегатные состояния) моделируемой системы. Этот набор задает функции для термодинамических свойств и свойств переноса в химической системе, например свойства жидких и газообразных веществ и смесей, параметры равновесия в парогазовых смесях (расчет быстрого испарения) и системах «жидкость-жидкость».

Встроенный справочник содержит данные о свойствах переноса и термодинамических свойствах для 251 вещества и соединения. Опция External Property Package (Внешние наборы свойств) позволяет подключить внешние наборы, соответствующие стандарту CAPE-OPEN, чтобы рассчитывать не представленные во встроенной базе свойства.

Снимок окна настроек узла Property Package (Набор свойств) с пояснениями.

Окно Settings (Настройки) узла Property Package (Набор свойств). Из встроенной базы термодинамических свойств выбраны вещества для реакции риформинга метана.

Окно Settings (Настройки) узла Property Package (Набор свойств). Из встроенной базы термодинамических свойств выбраны вещества для реакции риформинга метана.

Автоматическое определение термодинамических характеристик путем связывания с наборами свойств

После создания набора свойств вы можете связать химические вещества из этого набора с химическими веществами, заданными в интерфейсах Reaction Engineering (Моделирование реакций) и Chemistry (Химия). Таким образом все параметры и функции свойств, необходимые в этих интерфейсах, можно автоматически создать на основе набора свойств. Например, автоматически можно задать молярную массу вещества, теплоемкость, энтальпию и энтропию. Интерфейсы Reaction Engineering (Моделирование реакций) и Chemistry (Химия) также можно использовать для задания характеристик переноса полученной смеси (всех веществ в интерфейсе). При связывании можно автоматически задать теплоемкость, плотность, коэффициент диффузии, теплопроводность и динамическую вязкость смеси.

Наборы свойств значительно облегчают моделирование с помощью интерфейсов Reaction Engineering (Разработка реакций) и Chemistry (Химия). Доступны все идеальные и неидеальные термодинамические модели газов и жидкостей, которые автоматически обновляются при редактировании настроек набора свойств. Кроме того, свойства смесей можно использовать в распределенных моделях массообмена, теплопередачи и гидродинамики при помощи интерфейса Chemistry (Химия).

Снимок окна настроек интерфейса Reaction Engineering (Моделирование реакций) с пояснениями.

Окно Settings (Настройки) интерфейса Reaction Engineering (Моделирование реакций), связанного с узлом Property Package (Набор свойств). Вещества в интерфейсе Reaction Engineering (Моделирование реакций) можно сопоставить веществам в наборе термодинамических свойств.

Окно Settings (Настройки) интерфейса Reaction Engineering (Моделирование реакций), связанного с узлом Property Package (Набор свойств). Вещества в интерфейсе Reaction Engineering (Моделирование реакций) можно сопоставить веществам в наборе термодинамических свойств.
Модель 4-цилиндрового двигателя внутреннего сгорания в версии 5.3a программного пакета COMSOL Multiphysics.

Плотность, вязкость, теплоемкость и теплопроводность охлаждающей жидкости для 4-цилиндрового двигателя внутреннего сгорания рассчитаны при помощи набора термодинамических свойств. Расчет потока среды и теплопередачи полностью взаимосвязан с термодинамическими характеристиками и характеристиками переноса.

Плотность, вязкость, теплоемкость и теплопроводность охлаждающей жидкости для 4-цилиндрового двигателя внутреннего сгорания рассчитаны при помощи набора термодинамических свойств. Расчет потока среды и теплопередачи полностью взаимосвязан с термодинамическими характеристиками и характеристиками переноса.

Обновленный интерфейс Free and Porous Media Flow (Течение в пористых средах и свободном объеме)

В новой версии интерфейса Free and Porous Media Flow (Течение в пористых средах и свободном объеме) теперь можно моделировать как ламинарные, так и турбулентные режимы течения в свободном объеме. Интерфейс по-прежнему уникален, поскольку он позволяет установить связь с электрохимическими интерфейсами при моделировании пористых электродов.

Модель проницаемости Козени-Кармана

Модель Козени-Кармана, которая доступна при использовании интерфейса Darcy's Law (Закон Дарси) в COMSOL Multiphysics® 5.3а, позволяет рассчитать проницаемость зернистых сред, зная значение пористости и диаметра зерен.

Новая учебная модель Hydrodealkylation in a Membrane Reactor (Гидродеалкилирование в мембранном реакторе)

Базы термодинамических свойств в основном используются для моделирования реагирующих систем в химии и химической технологии. Процесс термического гидродеалкилирования, проводимый в мембранном реакторе, можно моделировать с помощью встроенных функций расчета термодинамических и физических свойств. Задачи расчета переноса и химических реакций формулируются и решаются с помощью набора термодинамических свойств для случаев трубчатого реактора с мембраной и без мембраны.

График молярного расхода из модели Hydrodealkylation in a Membrane Reactor (Гидродеалкилирование в мембранном реакторе).

Молярный расход на выходе из мембранного реактора в зависимости от длины реактора.

Молярный расход на выходе из мембранного реактора в зависимости от длины реактора.

Путь в Библиотеке приложений:
Chemical_Reaction_Engineering_Module/Thermodynamics/membrane_hda

Новая учебная модель Engine Coolant Properties (Свойства охлаждающей жидкости двигателя)

Второй вариант использования базы термодинамических свойств — моделирование чисто гидродинамических задач, в том числе с учетом теплопередачи, то есть без химических реакций. В этой учебной модели вы можете изучить свойства охлаждающей жидкости для двигателя внутреннего сгорания. Хотя чистая вода — хороший теплоноситель, обычно используют смесь этиленгликоля с водой, замерзающую при более низкой температуре. Встроенные термодинамические расчеты могут показать зависимость точки кипения, плотности, вязкости, теплопроводности и теплоемкости от состава охлаждающей смеси, а также влияние состава смеси на процесс охлаждения.

Модель охлаждающей жидкости для двигателя, построенная с использованием модуля Химические реакции.

Анализируется температура охлаждающей жидкости внутри устройства.

Анализируется температура охлаждающей жидкости внутри устройства.

Путь в Библиотеке приложений:
Chemical_Reaction_Engineering_Module/Thermodynamics/engine_coolant_properties

Новая учебная модель Distillation Column (Ректификационная колонка)

Третий вариант использования новой базы термодинамических свойств — моделирование процессов сепарации, включающее расчет состава по фракциям, например ректификации. Эта учебная модель показывает простой процесс ректификации бинарной смеси — сепарации неидеальной жидкой смеси этанола и воды. Процесс ректификации проходит в насадочной колонке, использующей разницу в летучести, чтобы разделять вещества в противотоке газа и жидкости. Эта модель использует функциональную возможность Equilibrium Calculation (Расчет равновесия) из новой встроенной базы термодинамических свойств. Цель модели — найти оптимальную конструкцию колонки, а именно длины отпарной и ректификационной секций, для набора заданных составов ректификата и кубового продукта.

Диаграмма из учебной модели Distillation Column (Ректификационная колонка).

Фазовая диаграмма (x-y) с расчетными рабочими линиями в ректификационной колонке.

Фазовая диаграмма (x-y) с расчетными рабочими линиями в ректификационной колонке.

Путь в Библиотеке приложений:
Chemical_Reaction_Engineering_Module/Thermodynamics/distillation_column