一种新的二元Lennard_Jones链式流体互扩散系数计算公式

一种新的二元Lennard_Jones链式流体互扩散系数计算公式

第44卷 第3期2010年3月

西 安 交 通 大 学 学 报

JOURNALOFXI ANJIAOTONGUNIVERSITY

Vol.44 !3Mar.2010

一种新的二元Lennard Jones链式

流体互扩散系数计算公式

何茂刚,郭盈,钟秋,张颖

(西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安)

摘要:在前期工作提出的Lennard Jones链式(LJC)流体自扩散系数计算公式的基础上,将计算平衡性质物性参数的范得瓦尔斯混合法则尝试应用于迁移性质的计算中,提出了一种新的计算二元LJC流体互扩散系数的计算公式.公式不包含二元可调参数,物理意义更加明确.通过不同温度、组分范围的12对二元LJC流体的270个实验点对新的方法进行了验证,新公式计算结果与实验值的平均绝对偏差为6 98%.与其他计算方法的比较结果显示,该计算方法具有更高的精度.关键词:二元液相流体;互扩散系数;Lennard Jones链式流体;范得瓦尔斯混合法则中图分类号:TK121 文献标志码:A 文章编号:0253 987X(2010)03 0001 05

ANewCorrelationonPredictingMutualDiffusionCoefficientof

BinaryLennard JonesChainFluid

HEMaogang,GUOYing,ZHONGQiu,ZHANGYing

(StateKeyLaboratoryofMultiphaseFlowinPowerEngineering,Xi anJiaotongUniversity,Xi an710049,China)

Abstract:Onthebasisoftheequationforpredictingself diffusioncoefficientsofLennardJoneschainfluidproposedinourpreviouswork,thevanderWaalsmixingruletocalculatetheequilib riumpropertiesisadoptedtothecalculationofthetransportpropertiesinthispaper.Anewcor relationtopredictthemutualdiffusioncoefficientofbinaryLJCfluidisproposed.Thepresentcorrelationhasnobinaryadjustedparameteranditsphysicalmeaningismoreexplicit.Thecalcu lationresultsagreewiththeexperimentaldataof12binaryLJCsystemsoverthewiderangesoftemperatureandcompositionwithanaverageabsolutedeviationof6 98%,indicatingthehigheraccuracyandeffectivenessofthenewequation.

Keywords:binaryliquidsystem;mutualdiffusioncoefficient;Lennard Joneschainfluid;vander

Waalsmixingrule

二元液相流体互扩散系数是传质过程的设计和计算中重要的化工基础数据.近年来随着替代燃料、生物化工、环境污染控制及同位素分离等研究的兴起,大量准确的较宽温度、压力范围内的二元液相流体的互扩散系数数据显得十分迫切和必要.大量文献查阅结果显示,目前准确的二元液相流体互扩散系数数据相对缺乏,远不能满足工业生产和理论研究的需要.另外,通过实验测量得到二元液相流体互

扩散系数比较困难,而且费时费力,精度不高,测出的数据通用性不强,所以二元液相流体互扩散系数的理论预测就显得十分重要.从流体微观的分子结构及分子间作用情况来看,在各种液相流体模型中,Lennard Jones链式(LJC)流体模型较硬球流体模型和方井流体模型更加接近真实流体,近些年来对该流体模型的研究得到了广泛的关注.

目前,计算二元液相流体互扩散系数的方法主

收稿日期:2009 07 16. 作者简介:何茂刚(1970-),男,教授,博士生导师. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50676069,50836004).

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西 安 交 通 大 学 学 报 第44卷

要有: 基于流体动力学理论的各种经验关联式,如经典的Einstein Stokes方程,及在此基础上发展起来的一系列关联式,如Sutherland关联式、Glass tone关联式、Scheibel关联式等,但其计算结果与实验值偏差较大.Wilke等人考虑了溶质与溶剂的相互作用,引入缔合因子,提出新的二元液相扩散系数估算方法,可以计算缔合溶液的扩散系数[2].King等学者通过引入溶质、溶剂的黏度系数,体现溶质、溶剂分子尺寸对扩散系数的影响,提出经验关联式,报道精度均在10%以内[3].#基于自由体积理论的各种经验关联式,如Assael等人根据Alder的MD模拟数据修正了Enskog公式,提出了新的计算硬球流体自扩散系数的表达式及液相流体互扩散系数的计算公式

[5]

[4]

[1]

系数表达式为

D0=2

8 0DE==2

g( )8 1/2

(1)

对于稠密气体的Enskog方程

1/2

g( )

(2)

其中,硬球径向分布函数g( )表达式

g( )=

*3

/6(3)3, != /6= (1-!)

在Ruckenstein Liu粗糙LJ模型和Yu Gao的LJC模型[10]的基础上,结合Reis的分子动力学模拟数据,充分考虑到温度、压力、分子长度对自扩散系数的影响,本课题组提出具有以下形式的计算LJC流体自扩散系数的计算公式 DLJC=

0C

****1 5

g( )/[F( ,T)G(N, ,T)+H(N, ,T)/(T)]

*

*

*

[12]

.Octavio等人基于自由体积理

论,在硬球模型基础上提出了液相流体扩散系数的计算公式. 基于基团贡献法(将二元液相流体体

系的扩散性质假定为体系所含基团性质的和)计算二元液相扩散系数的各种经验关联式,如Cussler关联式,Pertler关联式等,该类关联式误差普遍较大,报道误差均在10%以上[6].%利用无限稀释溶液的扩散系数或溶质与溶剂的自扩散系数,考虑浓度的影响来计算二元液相流体的互扩散系数,如算术平均的Darken方法及其一系列扩展式、Hartley&Crank公式[7]、几何平均的Vignes方法及其扩展公式、Leffler&Cullinan关联式[8]等.&基于分子统计力学理论发展起来的各种经验关联式,如Ruckenstein Liu粗糙LJ模型流体关联式,Yu GaoLJC模型流体关联式[10]及Reis等人的LJC模型流体关联式[ …… 此处隐藏：7427字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……