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Calcola le proprietà termodinamiche con il Liquid & Gas Properties Module

Software per modellare le proprietà di miscele di gas, miscele liquide e miscele di liquidi e gas

Quando si impostano e si eseguono simulazioni CFD, trasferimento di calore e acustica, è fondamentale modellare correttamente le proprietà del materiale. Con il Liquid & Gas Properties Module, è possibile calcolare in modo semplice e accurato densità, viscosità, conducibilità termica, capacità termica e altre proprietà come funzioni di composizione, pressione e temperatura.

Cosa puoi modellare con il Liquid & Gas Properties Module

Proprietà per simulazioni CFD

La densità e la viscosità dei fluidi possono dipendere da composizione, pressione e/o temperatura. Ottenere valori accurati per queste proprietà è importante e può influenzare la progettazione di dispositivi e processi. Il Liquid & Gas Properties Module fornisce gli strumenti per calcolare densità e viscosità per miscele di gas di composizione arbitraria. Inoltre, il modulo contiene modelli di proprietà per soluzioni liquide, ad esempio per soluzioni acquose e soluzioni con solventi organici. Per sistemi a flusso bifase, il modulo prevede modelli per calcolare la composizione di equilibrio delle fasi vapore e liquido in funzione della pressione e della temperatura.

Proprietà per simulazioni di scambio termico

La simulazione di trasferimento termico nei fluidi richiede proprietà quali conducibilità termica e capacità termica, oltre a densità e viscosità. Per esempio, nella progettazione di sistemi di climatizzazione e ventilazione le proprietà dell'aria dipendono da umidità relativa, pressione e temperatura, e queste dipendenze possono essere importanti per l'accuratezza di tali studi di modellazione e simulazione. Questo vale anche per i refrigeranti, così come per gas e fluidi utilizzati in diversi settori. Il Liquid & Gas Properties Module include modelli per il calcolo della conducibilità termica e della capacità termica in funzione della pressione e della temperatura. Queste proprietà si possono calcolare per miscele di gas e miscele liquide di composizione arbitraria, e possono essere utilizzate per modelli e simulazioni di scambio termico accurati.

Proprietà per simulazioni acustiche

Le onde acustiche di pressione si propagano nei fluidi, spesso acqua o aria, e dipendono da pressione, temperatura, viscosità di bulk, capacità termica e conducibilità termica. In aria, l'umidità relativa influisce su queste proprietà. La precisione di queste proprietà, e quindi l'accuratezza dei risultati della simulazione della pressione acustica, dipendono dalle variabili sopra menzionate, che possono essere calcolate con il Liquid & Gas Properties Module.

Un modello di benchmark per la ventilazione per spostamento che mostra la temperatura in gradi Kelvin, visualizzata utilizzando una scala di colori termocamera, e le streamline

Campo di temperatura in un modello di benchmark per la ventilazione per spostamento. La densità, la viscosità e le proprietà di trasferimento termico dell'aria dipendono dalla temperatura, dalla pressione e dall'umidità. Il Liquid & Gas Properties Module può generare funzioni accurate per queste dipendenze.

Un modello di heat pipe che mostra la temperatura in una scala di colori termocamera e il campo di moto in una scala di colori arcobaleno. Campo di temperatura e flusso in un heat pipe. Il modello definisce il problema di trasferimento di massa e di calore in combinazione con l'evaporazione e la condensazione del fluido di lavoro.
Un modello di accoppiatore di calibrazione acustica simulato con una scala di colori arcobaleno. Quando vengono calibrati i microfoni di misurazione ad alta fedeltà, viene utilizzato un metodo di calibrazione pressure reciprocity. Le proprietà dell'aria umida dipendono dalla pressione ambientale, dalla temperatura e dall'umidità relativa. Questa dipendenza deve essere tenuta in considerazione per ottenere risultati accurati.

Caratteristiche e funzionalità del Liquid & Gas Properties Module

Proprietà termodinamiche

Il Liquid & Gas Properties Module include modelli e parametri per il calcolo delle seguenti proprietà:

  • Calore di reazione
  • Calore di formazione
  • Capacità termica
  • Viscosità
  • Densità
  • Conducibilità termica
  • Diffusività binaria
  • Attività e fugacità
Queste proprietà possono essere calcolate per miscele liquide e miscele di gas. Inoltre, si possono eseguire calcoli di equilibrio per sistemi gas–liquido (i cosiddetti calcoli flash), sistemi gas–liquido–liquido e sistemi liquido–liquido.
Un grafico 1D diagramma di fase cloroformio-metanolo con il punto di rugiada mostrato come una linea blu e il punto di ebollizione come una linea tratteggiata verde. Diagramma di fase di una miscela non ideale di cloroformio/metanolo. Innanzitutto, viene costruito un diagramma di composizione della temperatura, che evidenzia un azeotropo della miscela. Quindi, viene generato un diagramma di entalpia–composizione e vengono tracciate le isoterme.

Modelli termodinamici e modelli per le proprietà

Per calcolare le proprietà sopra elencate, il Liquid & Gas Properties Module utilizza diversi modelli termodinamici. La varietà di modelli disponibili riflette il fatto che nessun modello termodinamico è in grado di descrivere tutti i gas e liquidi. La scelta del modello dipende dal tipo di miscela e dalle condizioni.

I seguenti modelli termodinamici sono disponibili per liquidi e gas:

  • Gas ideale
  • Peng–Robinson
  • Peng–Robinson (Twu)
  • Soave–Redlich–Kwong
  • Soave–Redlich–Kwong (Graboski–Daubert)

Per miscele liquide, sono inoltre disponibili i seguenti modelli termodinamici:

  • Chao–Seader (Grayson–Streed)
  • Wilson
  • NRTL
  • UNIFAC VLE
  • UNIQUAC
  • Soluzione normale
  • Soluzione regolare estesa
  • Soluzione ideale

Oltre ai modelli termodinamici, è possibile specificare singolarmente il modello per una proprietà.

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics con un modello di heat pipe nella finestra Grafica e le impostazioni delle proprietà termodinamiche mostrate con le opzioni di viscosità del gas. La finestra Impostazioni per la definizione dei sistemi termodinamici consente di selezionare il modello termodinamico nonché i modelli delle proprietà per ciascuna proprietà calcolata dal modulo.

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