基于碳氢燃料的多种特性的评测方法和装置与流程

本发明涉及航空航天技术领域，特别是涉及一种基于碳氢燃料的多种特性的评测方法和装置。

背景技术：

燃油系统为航空航天器上关键系统之一，为设计性能优异的燃油系统，需对燃油的特性进行深入的计算研究，包括对其热力学特性与输运性质的准确获取。在航空航天领域，采用碳氢燃料作为燃油，碳氢燃料的热力学特性与输运性质已得到广泛的研究与计算。从世界范围内看，美国nist开发的refprop与supertraap软件可提供不同工质的热物性数据库，并且应用到不同工业领域中。然而，已有的方法与装置具有显著的缺点，首先是专门性欠缺，已有的方法与装置提供了大量不同物质的数据库，包括纯物质、碳氢燃料、无机物等，计算物质的普遍性降低了专门性，即造成碳氢燃料的精度不是非常高；另外是计算效率不高，已有的方法与装置在计算燃料的热力学特性与输运性质时无法快速大规模的计算；还有是可拓展性较差，计算软件的封闭性造成其计算算法无法获知，同时面向用户的接口单一，软件的改进优化空间不足。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统技术存在的问题，提供一种基于碳氢燃料的多种特性的评测方法和装置，能够克服传统技术中的缺陷，该方法具有专门性、较高的计算效率与好的可拓展性。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于碳氢燃料的多种特性的评测方法，所述方法包括：接收碳氢燃料的多个参数，其中，多个参数为：临界参数、密度与温度的关系参数、压力与温度的关系参数；将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测；其中，多种特性包括热力学特性和输运性质。

在其中一个实施例中，所述将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：将所述密度与温度的关系参数应用于所述mbwr方程，获取所述碳氢燃料的压力。

在其中一个实施例中，所述将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：将所述临界参数应用于所述mbwr方程，以及将所述压力与温度的关系参数应用于所述mbwr方程，获取所述碳氢燃料的密度；其中，碳氢燃料的临界参数采用凯法则计算。

在其中一个实施例中，所述将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：已知碳氢燃料的温度tm与压力pm，求解密度ρm(mol/l)；

基于广义对应态原理，计算参考物质丙烷对应的温度t0与p0；

t0＝tm/fm

p0＝pmhm/fm

其中，小标为0代表参考物质；

hm＝ρ0/ρm

hm是摩尔密度之比，对组分i而言，fi与hi分别为：

通过混合法则，得到fm和hm：

fij＝(fifj)^1/2

采用32参数mbwr状态方程迭代求解参考物质的密度：

其中，r＝0.0083145kj/(mol·k)，γ＝1/(ρc0)²＝0.04(l²/mol²)，ρc0为丙烷的临界密度，t0单位为k，p0单位为mpa，密度的单位是mol/l，参考物质为丙烷；

计算出混合物在(tm,pm)下的密度ρm(mol/l)。

在其中一个实施例中，所述将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：将所述临界参数应用于所述输运性质推算方法，将所述压力与温度的关系参数应用于所述输运性质推算方法，以及结合碳氢燃料的密度，获取所述碳氢燃料的黏度与导热系数。

在其中一个实施例中，所述将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：

根据广义对应态原理，混合物的剩余黏度可以表达为：

其中，剩余黏度为一定温度压力下的黏度与该温度下的低压黏度之差，η^r-η^r0为参考流体丙烷的剩余黏度；

其中，上标0代表低压黏度，上标r与密度计算中的下标0作用相同，均指参考物质，δη^enskog是基于硬球假设理论的修正项；

采用下式在状态点(t0,ρ0)计算η^r-η^r0：

式中，η^r-η^r0单位为μpa·s，ρ0的单位为mol/l，并且有

g1＝exp(e1+e2/t0)

其中，

式中其他参数在密度计算中都已求得，mij为

δη^enskog说明分子大小差别，由下式计算：

式中，

ρm为混合物密度，单位mol/l；σ是硬球直径，单位为α＝9.725×10^-7；和的单位为μp；

套用分子间无相互作用的硬球模型黏度公式计算：

式中单位为μp；

径向分布函数gij用下列方程进行计算：

为具有与混合物相同密度的假想纯流体，由下式确定：

通过以上各式，分别计算获取并得到混合物在(tm,pm)下的黏度ηm(μpa·s)。

在其中一个实施例中，所述将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：

导热系数的计算与黏度通过trapp方法计算：

其中，低压导热系数套用下面公式进行计算：

式中，λ⁰单位为w/(m·k)；η⁰，pa·s，由lucas法计算；m为摩尔质量，g/mol；为理想气体定压比热容，j/(mol·k)；

λ^r是丙烷在温度t0和密度ρ0时的实际导热系数，λ^r0是在温度t0下的低压导热系数；

对于丙烷，有

式中，

由以上各式即可求出λm，w/(m·k)。

在其中一个实施例中，所述将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：将所述临界参数应用于所述偏差函数法，将所述压力与温度的关系参数应用于所述偏差函数法，以及结合碳氢燃料的密度，获取所述碳氢燃料的定压比热容与比焓。

在其中一个实施例中，所述将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：利用偏差函数来计算定容比热；

其中，偏差函数是预设状态下实际气体的热力学函数与相同温度、参考压力p⁰点的理想气体所对应的热力学函数之差；

表达式为：

φb(t,v)＝b(t,v)-b⁰(t,v⁰)

其中，b代表预设状态下实际气体的某热力学函数(u,h,s,g,cp,cv,…)，b⁰代表在t、p⁰、v⁰下的理想气体所对应的热力学函数，根据偏差函数的定义以及基本的热力学关系，定容比热的偏差函数为：

φcv(t,v)为cv的偏差函数，单位j/(kg·k)；t是绝对温度，k；p为压力，pa；v为比体积，m³/kg；

在求得φcv(tm,ρm)后，根据偏差函数的定义，

碳燃料的可由减去r再除以混合物摩尔质量得到；

再根据热力学原理，得到cp的关系式：

式中，cp(t,p)、cv(t,v)单位均是j/(kg·k)；t，k；p，pa；ρ为密度，kg/m³。最终得到；

在其中一个实施例中，所述将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：比焓的偏差函数为：

式中φh(t,v)单位j/kg；t是绝对温度，k；p为压力，pa；v为比体积，m³/kg；rg为混合物的气体常数，即通用气体常数r与混合物摩尔质量之比，单位j/(kg·k)；

其中，

h(t,v)＝φh(t,v)+h⁰(t,v⁰)

是个相对值，实际状态点(t,v)的比焓通过参考状态点(tr,vr)完成确定：

将两式相减，得到

其中，

为参考态(tr,vr)设定一个比焓，即h(tr,vr)＝a，便求得状态点(t,v)下的比焓。

第二方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面的基于碳氢燃料的多种特性的评测方法。

第三方面，本发明实施例提供了一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面所述的方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种基于碳氢燃料的多种特性的评测装置，所述装置包括：接收模块，用于接收碳氢燃料的多个参数，其中，多个参数为：临界参数、密度与温度的关系参数、压力与温度的关系参数；计算与评测模块，用于将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测；其中，多种特性包括热力学特性和输运性质。

本发明提供的一种基于碳氢燃料的多种特性的评测方法和装置，接收碳氢燃料的多个参数，其中，多个参数为：临界参数、密度与温度的关系参数、压力与温度的关系参数；将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测；其中，多种特性包括热力学特性和输运性质。该方法克服传统技术中的缺陷，该方法具有专门性、较高的计算效率与好的可拓展性。

附图说明

图1为本发明一个实施例中的一种基于碳氢燃料的多种特性的评测方法的流程示意图；

图2为本发明一个实施例中的一种基于碳氢燃料的多种特性的评测方法的示例图；以及

图3为本发明一个实施例中的一种基于碳氢燃料的多种特性的评测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明基于碳氢燃料的多种特性的评测方法和装置进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，本公开提出的一种基于碳氢燃料的多种特性的评测方法中，碳氢燃料的密度ρ、黏度η和导热系数λ采用广义对应态法则计算，即根据碳氢燃料与参考物质的对应关系求解。参考物质选用丙烷，其状态方程采用32参数的mbwr(modifiedbenedict-webb-rubin)方程，所采用的具体方法称之为trapp(输运性质推算)方法。

结合图1和图2。其中，图1所示，为一个实施例中的一种基于碳氢燃料的多种特性的评测方法的流程示意图；图2所示，为一个实施例中的一种基于碳氢燃料的多种特性的评测方法的示例图。具体包括以下步骤：

步骤102，接收碳氢燃料的多个参数，其中，多个参数为：临界参数、密度与温度的关系参数、压力与温度的关系参数。多种特性包括热力学特性和输运性质。

步骤104，将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测。

本实施例中，将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：将密度与温度的关系参数应用于mbwr方程，获取碳氢燃料的压力。

具体的，将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：已知碳氢燃料的温度tm与压力pm，求解密度ρm(mol/l)。

基于广义对应态原理，计算参考物质丙烷对应的温度t0与p0；

t0＝tm/fm

p0＝pmhm/fm

其中，小标为0代表参考物质；

hm＝ρ0/ρm

hm是摩尔密度之比。对组分i而言，fi与hi分别为：

通过混合法则，得到fm和hm：

fij＝(fifj)^1/2

采用32参数mbwr状态方程迭代求解参考物质的密度：

其中，r＝0.0083145kj/(mol·k)，γ＝1/(ρc0)²＝0.04(l²/mol²)，ρc0为丙烷的临界密度，t0单位为k，p0单位为mpa，密度的单位是mol/l，参考物质为丙烷。

计算出混合物在(tm,pm)下的密度ρm(mol/l)。

本实施例中，将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：将临界参数应用于mbwr方程，以及将压力与温度的关系参数应用于所述mbwr方程，获取碳氢燃料的密度；其中，碳氢燃料的临界参数采用凯法则计算。

本实施例中，将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：将临界参数应用于输运性质推算方法，将压力与温度的关系参数应用于输运性质推算方法，以及结合碳氢燃料的密度，获取碳氢燃料的黏度与导热系数。

具体的，将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：

根据广义对应态原理，混合物的剩余黏度可以表达为：

ηm-ηm⁰＝fηm[η^r-η^r0]+δη^enskog

其中，剩余黏度为一定温度压力下的黏度与该温度下的低压黏度之差，η^r-η^r0为参考流体丙烷的剩余黏度；

其中，上标0代表低压黏度，上标r与密度计算中的下标0作用相同，均指参考物质，δη^enskog是基于硬球假设理论的修正项。

采用下式在状态点(t0,ρ0)计算η^r-η^r0：

式中，η^r-η^r0单位为μpa·s，ρ0的单位为mol/l，并且有

g1＝exp(e1+e2/t0)

其中，

式中其他参数在密度计算中都已求得，mij为

δη^enskog说明分子大小差别，由下式计算：

式中

ρm为混合物密度，单位mol/l；σ是硬球直径，单位为α＝9.725×10^-7；和的单位为μp；

套用分子间无相互作用的硬球模型黏度公式计算：

式中单位为μp；

径向分布函数gij用下列方程进行计算：

为具有与混合物相同密度的假想纯流体，由下式确定：

通过以上各式，分别计算获取并得到混合物在(tm,pm)下的黏度ηm(μpa·s)。

进一步地，将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：

导热系数的计算与黏度通过trapp方法：

其中，低压导热系数套用下面公式进行计算：

式中，λ⁰单位为w/(m·k)；η⁰，pa·s，由lucas法计算；m为摩尔质量，g/mol；为理想气体定压比热容，j/(mol·k)。

λ^r是丙烷在温度t0和密度ρ0时的实际导热系数，λ^r0是在温度t0下的低压导热系数；

对于丙烷，有

式中，

由以上各式即可求出λm，w/(m·k)。

本实施例中，将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：将临界参数应用于偏差函数法，将压力与温度的关系参数应用于偏差函数法，以及结合碳氢燃料的密度，获取所述碳氢燃料的定压比热容与比焓。

具体的，将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：利用偏差函数来计算定容比热；

其中，偏差函数是预设状态下实际气体的热力学函数与相同温度、参考压力p⁰点的理想气体所对应的热力学函数之差；

表达式为：

φb(t,v)＝b(t,v)-b⁰(t,v⁰)

其中，b代表预设状态下实际气体的某热力学函数(u,h,s,g,cp,cv,…)，b⁰代表在t、p⁰、v⁰下的理想气体所对应的热力学函数，根据偏差函数的定义以及基本的热力学关系，定容比热的偏差函数为：

φcv(t,v)为cv的偏差函数，单位j/(kg·k)；t是绝对温度，k；p为压力，pa；v为比体积，m³/kg；

在求得φcv(tm,ρm)后，根据偏差函数的定义，

碳燃料的可由减去r再除以混合物摩尔质量得到；

再根据热力学原理，得到cp的关系式：

式中，cp(t,p)、cv(t,v)单位均是j/(kg·k)；t，k；p，pa；ρ为密度，kg/m³。最终得到；

进一步地，将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测包括：比焓的偏差函数为：

式中φh(t,v)单位j/kg；t是绝对温度，k；p为压力，pa；v为比体积，m³/kg；rg为混合物的气体常数，即通用气体常数r与混合物摩尔质量之比，单位j/(kg·k)；。

其中，

h(t,v)＝φh(t,v)+h⁰(t,v⁰)

是个相对值，实际状态点(t,v)的比焓通过参考状态点(tr,vr)完成确定：

将两式相减，得到

其中

为参考态(tr,vr)设定一个比焓，即h(tr,vr)＝a，便求得状态点(t,v)下的比焓。

本发明提供的一种基于碳氢燃料的多种特性的评测方法，接收碳氢燃料的多个参数，其中，多个参数为：临界参数、密度与温度的关系参数、压力与温度的关系参数；将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测；其中，多种特性包括热力学特性和输运性质。该方法克服传统技术中的缺陷，该方法具有专门性、较高的计算效率与好的可拓展性。

基于同一发明构思，还提供了一种基于碳氢燃料的多种特性的评测装置。由于此装置解决问题的原理与前述一种基于碳氢燃料的多种特性的评测方法相似，因此，该装置的实施可以按照前述方法的具体步骤时限，重复之处不再赘述。

如图3所示，为一个实施例中的一种基于碳氢燃料的多种特性的评测装置的结构示意图。该基于碳氢燃料的多种特性的评测装置10包括：接收模块200和计算与评测模块400。

其中，接收模块200用于接收碳氢燃料的多个参数，其中，多个参数为：临界参数、密度与温度的关系参数、压力与温度的关系参数；计算与评测模块400用于将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测；其中，多种特性包括热力学特性和输运性质。

本发明提供的一种基于碳氢燃料的多种特性的评测装置，通过接收模块200接收碳氢燃料的多个参数，其中，多个参数为：临界参数、密度与温度的关系参数、压力与温度的关系参数；再通过计算与评测模块400将多个参数应用于输运性质推算方法、mbwr方程或偏差函数法获取具体的参数值完成基于碳氢燃料的多种特性的评测；其中，多种特性包括热力学特性和输运性质。该装置具有专门性、较高的计算效率与好的可拓展性。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被图1或图2中处理器执行。

本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品。当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述图1或2的方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。