Πώς υπολογίζετε το ιξώδες ενός αέριου μείγματος;

Ο υπολογισμός του ιξώδους ενός αέρια μίγμα είναι λίγο πιο περίπλοκο από το μέσο όρο απλώς τα ιξώδη των μεμονωμένων συστατικών. Ακολουθεί μια ανάλυση των μεθόδων και των εκτιμήσεων:

1. Η εξίσωση του Wilke (πιο συνηθισμένη για απλά μείγματα)

* ισχύει: Κυρίως για μίγματα δυαδικού αερίου (δύο συστατικά).

* Φόρμουλα:

`` `

μ_mix =σ (x_i * μ_i) / (σ (x_i * φ_ij))

`` `

Οπου:

* μ_mix:ιξώδες του μείγματος

* x_i:Μοριακό κλάσμα του συστατικού i

* μ_i:ιξώδες του συστατικού i

* Φ_ij:Παράμετρος αλληλεπίδρασης μεταξύ των στοιχείων I και J, που συνήθως υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση:

`` `

Φ_ij =[1 + (μ_i/μ_j)^0.5 * (m_j/m_i)^0.25]^2

`` `

* M_i, m_j:μοριακά βάρη των εξαρτημάτων i και j

* παραδοχές: Η ιδανική συμπεριφορά αερίου, η σχετικά χαμηλή πίεση και η περιορισμένη αλληλεπίδραση μεταξύ των εξαρτημάτων.

2. Θεωρία Chapman-Enskog (πιο αυστηρή)

* ισχύει: Πιο πολύπλοκα μίγματα και ένα ευρύτερο φάσμα συνθηκών (συμπεριλαμβανομένης της υψηλής πίεσης).

* Μέθοδος: Επιλύει την εξίσωση Boltzmann για την κατανομή της ταχύτητας των μορίων στο μείγμα, λαμβάνοντας υπόψη τις διαμοριακές αλληλεπιδράσεις. Αυτή η προσέγγιση είναι υπολογιστικά εντατική.

3. Εμπειρικές συσχετίσεις (συγκεκριμένες περιπτώσεις)

* ισχύει: Όταν τα πειραματικά δεδομένα είναι διαθέσιμα για παρόμοια μείγματα ή όταν το μείγμα έχει ειδικά χαρακτηριστικά (π.χ. αέρια υψηλής πίεσης).

* Παράδειγμα: Η εξίσωση Herning-Zipperer για μείγματα αερίων με παρόμοια μοριακά βάρη.

4. Πακέτα λογισμικού:

* Αρκετά πακέτα λογισμικού εμπορικών και ανοιχτού κώδικα είναι διαθέσιμα που χρησιμοποιούν διάφορα μοντέλα και μεθόδους για τον υπολογισμό του ιξώδους του μείγματος. Παραδείγματα περιλαμβάνουν το Aspen Plus, το ChemCAD και το Cantera.

Σημαντικές εκτιμήσεις:

* Εξάρτηση θερμοκρασίας: Το ιξώδες των αερίων αυξάνεται με τη θερμοκρασία. Βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε τη σωστή θερμοκρασία κατά τον υπολογισμό του ιξώδους των μεμονωμένων εξαρτημάτων.

* Σύνθεση: Η σύνθεση του μείγματος επηρεάζει σημαντικά το ιξώδες. Οι σχετικές αναλογίες κάθε συστατικού επηρεάζουν το συνολικό ιξώδες.

* Πίεση: Σε χαμηλή πίεση, ο ιδανικός νόμος για το αέριο είναι συχνά μια λογική προσέγγιση. Ωστόσο, σε υψηλότερες πιέσεις, οι ενδομοριακές δυνάμεις γίνονται πιο σημαντικές και μπορεί να χρειαστεί ένα πιο περίπλοκο μοντέλο.

* Μοριακές αλληλεπιδράσεις: Η αντοχή των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των μορίων στο μείγμα επηρεάζει το ιξώδες. Αυτό μπορεί να είναι ιδιαίτερα σημαντικό για πολικά ή εξαιρετικά αντιδραστικά αέρια.

Συνοπτικά, ο καλύτερος τρόπος για τον υπολογισμό του ιξώδους ενός αέρια μίγμα εξαρτάται από τις συγκεκριμένες συνθήκες και την επιθυμητή ακρίβεια. Για απλά μείγματα σε μέτριες συνθήκες, η εξίσωση του Wilke είναι ένα καλό σημείο εκκίνησης. Για πιο περίπλοκα σενάρια, ενδέχεται να απαιτούνται υπολογιστικές μέθοδοι ή εμπειρικές συσχετίσεις.