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混合物临界性质的数学模型研究与计算

马涛  
【摘要】:混合物临界性质的计算与预测不但有重要的理论意义而且有重要的应用价值。传统的混合物临界性质计算与预测模型或是求解过程非常复杂,或是基于经验关联方法,难以适应工程计算的需要。为了克服传统计算与预测模型的缺点,本文提出了以下三个改进的混合物临界性质的计算与预测模型。 首先,为了能够比较准确地描述临界状态流体的热力学性质,本文在原PR状态方程的基础上,以描述硬球体系最为精确的Carnahan-Starling硬球状态方程替代PR状态方程的斥力项,提出了改进的CS-PR状态方程。本文应用改进的CS-PR方程结合Gibbs严格热力学判据的严格解析方法,对二元混合物的临界性质进行了计算。计算结果表明,改进的CS-PR状态方程在混合物的临界性质计算方面比原来的PR状态方程的计算精度有较大的提高,而且保留了PR状态方程形式简单的优点,这说明CS-PR方程在混合物的临界性质计算方面是对原PR方程的一次较为成功的改进。 为进一步提高计算的精度并降低计算的复杂度,本文分别应用以启发式学习算法、BFGS算法和Levenberg-Marquardt算法改进学习算法的BP网络对二元混合物的临界性质进行计算与预测。以物系一组有代表性的几个组成点的临界性质作为训练样本对改进的BP网络进行训练,然后应用训练好的网络来预测该物系其它组成点的临界性质。van Konynenberg-Scott相图分类中各种类型物系临界性质计算结果表明,该方法的计算精度比传统方法有非常大的提高,而且实现比较简便。 上述两种方法需要物系临界性质的一组实验数据才能预测其它组成点的临界性质,这对于缺乏实验数据的物系是不适用的。因此,本文从决定物质热力学性质的分子间相互作用机理出发,提出了基于分子间相互作用参数的二元混合物临界性质预测的BP网络模型。把对二元混合物临界性质影响最大的各纯组分的临界性质、摩尔分数、分子量、偏心因子和极化率等参数作为输入参数,把混合物的临界性质作为期望输出,以若干组物系输入参数和对应的临界性质作为训练样本对网络进行训练,并用训练好的网络对其它相近类型物系的临界性质进行了预测,得到了比较令人满意的结果。


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