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申请/专利权人：天津大学

摘要：本发明公开了一种高温平衡空气热力学性质的快速确定方法：选定平衡空气反应模型，通过给定的温度和压力，建立关于平衡空气组分分布的非线性方程组，引入与氮、氧元素比率有关的中间变量，构造一系列新的方程系数，将关于平衡空气组分分布的非线性方程组中的方程个数减少至2；评估当前温度下高温空气的离解或电离程度，合理选择方程系数并给定x和y的初值；采用给定的初值，通过牛顿迭代法求解方程组，得到平衡空气的组分分布，获得高温平衡空气的各种热力学性质。本发明对于多种不同组分的大气反应模型，均可以快速准确的给出高温平衡空气的热力学性质。

主权项：1.一种高温平衡空气热力学性质的快速确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，选定平衡空气反应模型，通过给定的温度和压力，建立关于平衡空气组分分布的非线性方程组，引入与氮、氧元素比率有关的中间变量，构造一系列新的方程系数，将关于平衡空气组分分布的非线性方程组中的方程个数减少至2；具体过程如下：在一个标准大气压下，根据温度选定4组分、5组分、7组分、9组分或11组分的平衡空气反应模型，对所选用的平衡空气反应模型中涉及的组分及反应进行排序；以11组分平衡空气反应模型为例，根据组分发生离解和电离的难易程度以及组分随温度升高而出现的先后顺序对组分进行排序，分别为：O2，N2，O，N，NO，e-，NO+，O+，N+，O2+，N2+，各组分对应的摩尔分数分别设为：x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7，x8，x9，x10，x11；根据化学反应随温度升高先后发生的顺序对化学平衡反应方程进行排序，11组分平衡空气反应模型对应的8个化学平衡反应方程如下方程组1所示，各化学平衡反应方程对应的摩尔平衡常数分别表示为：Kx,1，Kx2，Kx,3,Kx,4，Kx,5，Kx,6，Kx,7，Kx,8； 对于4组分、5组分、7组分或9组分的平衡空气反应模型，只需在上述排序后组分中截取前4、前5、前7或前9种组分，在排序后的化学平衡反应方程中截取前2、前3、前4或前6个反应即可；由化学平衡反应方程、电荷守恒定律、元素守恒定律及道尔顿分压定律，分别得到与组分数相等的组分摩尔分数方程，进而得到关于平衡空气组分分布的非线性方程组，如下方程组2； 其中，b为化学反应前总的氧元素与氮元素的比值，上述方程组2中前8个方程式是由化学平衡反应方程得到，第9个方程式是由电荷守恒定律得到，第10个方程式是由元素守恒定律得到，第11个方程式是由道尔顿分压定律得到；引入变量x和y分别代表氧元素和氮元素的比率，在满足化学平衡反应方程和电荷守恒定律的前提下，构造新的方程系数，得到以下关系式组3：x1＝a1x2，x2＝a2y2，x3＝a3x，x4＝a4y，x5＝a5xy，x6＝sx7＝a7xys，x8＝a8xs，x9＝a9ys，x10＝a10x2s，x11＝a11y2s2其中，a32＝a1Kx,1,a42＝a2Kx,2,a5＝a3a4Kx,3,a7＝a3a4Kx,4,a8＝a3Kx,5,a9＝a4Kx,6,a10＝a32Kx,7,a11＝a42Kx,8,s2＝a7xy+a8x+a9y+a10x2+a11y2；a1～a11为新的方程系数；由元素守恒定律和道尔顿分压定律得到的方程式整理为如下4形式，即为平衡空气组分的控制方程组： 其中，t＝1-ba7xy+a8x-ba9y+2a10x2-2ba11y2，方程组4中第一个方程式记为f1，第二个方程式记为f2此时方程组中方程及未知数的个数降为2；步骤S2，评估当前温度下高温空气的离解或电离程度，合理选择方程系数并给定x和y的初值；步骤S3，采用步骤S2中给定的初值，通过牛顿迭代法求解步骤S1中得到的方程组4，得到平衡空气的组分分布，获得高温平衡空气的各种热力学性质。

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百度查询： 天津大学 一种高温平衡空气热力学性质的快速确定方法