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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 计算模拟区 » 仿真模拟 » Aspen & PROII » aspen能否解决静态非平衡关系的热力学和PVT关系
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angelooo

银虫 (初入文坛)

[求助] aspen能否解决静态非平衡关系的热力学和PVT关系

今天在热力学书上看到一个很简单的例子，将100L氮气从T1、P1压缩成10L，温度为T2，求P2，没有相变。这是手算都能解决的题目，但我想通过aspen实现，结果却没有找到合适的方法，原因有两点：
1、aspen plus中，我目前所接触到的模块，都是存在流动的，即有流速，而这道题目是封闭系统，所以没有合适模块。
2、Aspen的PVT关系好像都是基于平衡态的，比如对于纯组分的组分分析，PT图线上的点，都是其饱和蒸汽压的PT关系，即是处于热力学稳定状态。而这道题很明显PT不存在以上对应关系，即P -T关系所对应的点不在饱和蒸汽压曲线上，否则可直接根据T2查图得到P2；该系统自由度为2，P、T可以独立变化，这类问题应该在aspen上如何解决
这是一个小问题，但由于是涉及基础数据，因此牵涉会很广泛，解决这个问题，那么封闭系统的非平衡体系pvt关系以及其热力学性质都能通过aspen得到解决。
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aspen..mydestiny
1楼2012-05-23 10:33:31
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gyctju

金虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★
感谢参与，应助指数 +1
xiegangmai: 金币+2, 谢谢参与！ 2012-05-23 22:41:46
1. p v t之间存在关系，v已知，所以自由度为1
2. 压缩机模块就应该可以解决这个问题
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2楼2012-05-23 15:31:58
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gyctju

金虫 (正式写手)
我说错了，能求解，自由度为0
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3楼2012-05-23 17:20:54
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臭水沟

荣誉版主 (知名作家)

化工小生

【答案】应助回帖

★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
angelooo: 金币+3, ★★★很有帮助, 首先感谢这么支持，我看了后再给回复，谢谢 2012-05-24 10:29:48
关于PVT热力学及自由度，本人作如下分析：
1.不是ASPEN plus的PVT关系基于平衡态，而且是热力学就是基于平衡态进行研究的，传热学是研究非平衡态的！
2.自由度：
从数学模型来讲，系统总变量：
初始状态：T1,P1,V1              3个
终了状态：T2,P2,V2              3个
外界对封闭系统做功：W功    1个
封闭系统向外界放热：Q外    1个
总变量数＝3+3+1+1＝8

独立方程：
初始状态：P1V1T1热力学状态方程  1个
终了状态：P2V2T2热力学状态方程  1个
焓平衡方程：W功＝Q外+（H2-H1） 1个
独立方程数＝1+1+1＝3

则自由度＝8-3＝5，即决策变量有5个
那么可以规定P1,V1,T1,V2,T2这个5参数即可求得P2，则正好符合题目给定的要求

3.还有提醒一下楼主，再好好思考一下这个问题——“是不是所有平衡的状态都在饱和蒸汽压曲线上？”

可能分析有错，欢迎交流~~

[ Last edited by 臭水沟 on 2012-5-24 at 00:22 ]
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4楼2012-05-24 00:12:17
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angelooo

银虫 (初入文坛)
引用回帖:
2楼: Originally posted by gyctju at 2012-05-23 15:31:58:
1. p v t之间存在关系，v已知，所以自由度为1
2. 压缩机模块就应该可以解决这个问题

恩，谢谢回复，这道题，书上的目的是要学生掌握数值积分的用法，不然已知T2V2，T1P1V1，直接用适合T1P1V1的状态方程就解出来了。我有一定程度上的误解，但这个误解对这个讨论没实质上的影响，因为问题依然存在。这样吧，来求解从T1P1到T2P2的焓变。压缩机模块我用过，但这里存在一个最根本的问题就是，所有这类模块涉及到V的都是和时间有关的流率，也就是说，设置V为100L/HR和100L/MIN都可以，但最终结果肯定是不同的。这个问题本身系统是一个封闭系统，100L的物质只是通过压力和温度变化达到另一个热力学状态，不存在流率这个说法，焓变是一个固定值。aspen应该如何解决
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aspen..mydestiny
5楼2012-05-24 10:36:48
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angelooo

银虫 (初入文坛)
引用回帖:
4楼: Originally posted by 臭水沟 at 2012-05-24 00:12:17:
关于PVT热力学及自由度，本人作如下分析：
1.不是ASPEN plus的PVT关系基于平衡态，而且是热力学就是基于平衡态进行研究的，传热学是研究非平衡态的！
2.自由度：
从数学模型来讲，系统总变量：
初始状态：T1,P1

这道题来自热力学上的习题，目的是为了让学生掌握数值积分解法。我拿出来举这个例子有点不恰当，因为知道了T2V2，即便不知道P1V1T1，那么P2依然能够通过状态方程求出。还有所有平衡的状态都在饱和蒸汽压曲线上这句话，是表达有些失误，对于纯组分来说好像没有平衡状态这一说法，而对于多组分来说这有不一定的。
我觉得举出这样一个例子更能表达我想说明的问题，来求解从氮气从T1P1到T2P2的焓变，过程不涉及相变。这是一个非平衡态的例子。并且aspen我接触的模块涉及求焓变的都是物流热力学性质发生改变导致的焓变，和物流流量有关，而这一种封闭体系下物质状态改变而导致的焓变，还不知道如何通过aspen实现。
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aspen..mydestiny
6楼2012-05-24 10:48:36
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gyctju

金虫 (正式写手)
引用回帖:
3楼: Originally posted by gyctju at 2012-05-23 17:20:54:
我说错了，能求解，自由度为0

自由度分析时应该减去已知变量，这样，这个系统自由度应该是0
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7楼2012-05-24 11:23:55
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ennnnn

金虫 (小有名气)
我觉得,稳态流动和静态系统其实是一样处理.
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8楼2012-05-24 13:26:03
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臭水沟

荣誉版主 (知名作家)

化工小生

【答案】应助回帖

ASPEN PLUS处理封闭系统有很大的缺陷，毕竟它是定义在“Process”之上，而且还是通用型，所以如果想要处理一些通用型软件无法解决的问题，可以想着自己动手开发~~

其实，两年前我也思考过这个问题，一个月前也讨论过相关问题，与楼主分享一下。
通过ASPEN PLUS模拟封闭系统的压缩过程，往往是需要温度、压力这些数据，但实际情况是我们正想通过模拟得到这些数据，因此是一对矛盾。

但实际情况是，我们又可以通过手算求得。这充分说明了ASPEN PLUS在这方面的弊端，但话又说回来，ASPEN PLUS主要是处理工艺流程的，用它处理这种偏理论研究的方面的东西无多大实际意义。

在这里提醒大家一下，不要什么过程都想着用ASPEN模拟，要先分析是否可行。
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angelooo
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9楼2012-05-24 14:07:14
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angelooo

银虫 (初入文坛)
引用回帖:
8楼: Originally posted by ennnnn at 2012-05-24 13:26:03:
我觉得,稳态流动和静态系统其实是一样处理.

谢谢回复，其实还是有差别的，因为稳态设计到流量，而静态就没这个概念。
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aspen..mydestiny
10楼2012-05-24 22:02:01
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