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能够准确计算天然气热力学性质的扩展的AGA状态方程

一、概 述

AGA 8号报告中的状态方程是用于天然气混铸钢件合物的最准确、最广泛的公式，可以用来确定天然气的物理性质（如密度、压缩因子等），但是对于计算其热力学性质（如焓、熵、声速、等熵指数等），不是一个合适的形式。然而，在计算流量中所需的临界流系数和其它重要参数时，热力学性质又是十分重要的。

流体热力学性质的现代表达式，是以流体或流体混合物的亥姆霍兹（Helmholtz）能量形式表达的单一基本方程组。一个这种形式的基本方程能使该种流体的物理性质和热力学性质同时表达出来，并且能够通过微分将所有重要的工程性质推导出来。考虑到与我们先前在临界流系数方面所做的工作的一致性，有必要推导天然气混合物的亥姆霍兹能量表达式，其中包括：

1、AGA 8公式的物理性质，和

2、在理想状态下，天然气混合物各气相组分的最新热值数据。

本文介绍了根据AGA 8状态方程式推导的用于评价天然气混合物热力学性质的各基本方程式。

二、单一流体和混合流体的亥姆霍兹能量表达式

根据热力学，对比的或无量纲的单一流体的亥姆霍兹能量A，可以一个理想气体分量与一个真实气体分量的和表达为：

A（ρ，T）/RT=Ψ（ρ，T）=Ψ理想（T）+ln（ρ/ρ参考）+Ψ实际（ρ，T） (1)

式中： Ψ理想（T）--只是温度的函数，是理想气体对对比的亥姆霍兹能量的影响；

Ψ实际（ρ，T）--是密度和温度的函数，为实际气体对对比的亥姆霍兹能量的影响；

R--气体常数；

T--绝对温度；

ρ--摩尔密度。

对于单一流体，理想瀚森(Hexion)自2013年起就与弗劳恩霍夫工程中心展开了合作气体对对比的亥姆霍兹能量的影响可以用理想气体热容Cp,理想，表达为：

(2)

而实际气体对对比的亥姆霍兹能量的影响表示为：

(3)

在以上表达式中，ρ参考和T参考分别是流体在某一任选参考点的密度和温度。对于处于理想气体状态的N个流体的混合物，亥姆霍兹能量不同于各组分单独影响量，A理想,i（T）的摩尔分数平均值，其差值体现在混合熵上。混合物的总的亥姆霍兹能量表达为：

(4)

式中： Ψ理想,i（T）--相对于混合气体中第i个组分，理想气体对对比的亥姆霍兹能量的影响，由式 （2）给出；

Ψ实际（高炉ρ，T，x）--在规定的摩尔密度、温度和组分下，实际气体对于混合气体的对而且这些材料要具有可回收的潜力比的亥 姆霍兹能量的影响；

x--一组混合气体的组分引领未来”的公司精神（x1，x2…，xN），以摩尔分数表示；

xi--混合物中第i个组分的摩尔分数。

三、理想气体状态的对比的亥姆霍兹能量的推导

有关天然气21种组分的理想气体热容数据的综述已在最近由Jaeschke和Schley发表。通过采用有Aly和Lee建议的一个扩展的函数形式，由这些作者收集的数据可表示为绝对温度的一个函数。这些高水平的表达式基于对每一种气体的严格检验。温度按ITS－90温标表示，并且这些表达式可以在一个宽的温度范围内使用。

Wagner和其合作者最近在Bochum大学推导出标准级的方程式，这些公式在很宽的压力和温度范围内适用于氩、二氧化碳实验机终年为客户工作保驾护航、甲烷和氮气的热力学性质。对于这4种气体，由Jaeschke和Schley导出的理想气体热容数值与Wagner的方程式都非常符合，并且很好的落在合成不确定度限内。

在这项工作中，采用了Jaeschke和Schley有关所有21种天然气组分的理想气体热容的建议。基本表达式是根据Aly和Lee最初提出的公式的一个扩展形式。

(5)

式中： Cp,理想--理想气体热容；

T--绝对温度；

R--气体常数；

b、c、d等--每一方程的系数，系数b、c、g和i为无量纲，系数d、f、h和j的单位为K。

理想气体对对比的亥姆霍兹能量的影响的函数式可以通过将式（5）代入式（2），并且将其就温度积分而建立。

四、实际流体对亥姆霍兹能量的影响的评估

天然气混合物物理性质的最佳表达式是美国气体协会的状态方程，也称为"详细表征方

法"或AGA 8公式，这个公式已推导为压力是显函数的状态方程。

T型阀使用这个报告的述语，实际气体组分的AGA 8状态方程可以写为：

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