修正P-R方程用于中高压氢的P-V-T计算

【作者】 李凤云； 朱新亮； 晏艳霞；

【机构】 中国工程物理研究院材料研究所；

【摘要】 氢是目前应用最广泛的气体之一,也被认为是未来最可靠的清洁能源,展开相关热力学性质研究对于氢的生产、储存和使用是十分必要的。同时,氢的同位素氘氚是重要的核材料,受价格及放射性的限制不便展开大量研究工作,因此研究氢的热力学性质可为氘氚的性质提供重要信息。在INTER,ICF等项目及核武器研制生产中,需要了解氕氘氚从高温到低温、从高密度高低密度的行为,而目前报道的状态方程存在结构复杂或者适用范围偏低的问题,本文通过对比分析,认为P-R方程物理意义清楚、形式简洁、精度较高的状态方程,在实际工程应用中具有推广的潜力。文章从P-R方程出发,经过温度修正,提出适应100～700 K,0～100 MPa范围的氢气状态方程,与试验数据平均偏差0.2%。通过对比分析,提出的修正方程较原方程、及现有的SRK,RK,VDW方程预测氢气P-V-T更准确,较BWR、维里方程及Helmholtz自由能方程更简洁。因此,本文提出的修正状态方程可用于较宽温度、压力和密度范围的氢气P-V-T行为描述,可为工程应用及实验测量提供参考。P-R方程:P=RT/（V_m-b）-a（T）/[V_m（V_m+b）+b（V_m-b）]（1）a（T）=0.45724[1+（0.37464+1.54226w-0.26992w²）(1-Tr^0.5)]²R²T_c²/P_c（2）b=0.0778RT_c/P_c（3）P-R方程修正:P=RT/（V_m-b）-βa（T）/[V_m（V_m+b）+b（V_m-b）]（4）β=0.0003T随着温度的降低,特别是250 K以下,仲氢含量逐渐增多,导致氢气热物理性质偏离标准氢,这样的修正可以降低部分上述偏差。通过与文献数据对比,本文的修正方程具备较高的精度,且方程在高温高压方向具有一定的外推性,可以满足工程实际的要求。更多还原