流体相平衡
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纯流体相图

相律和相图

        相律:

        在研究流体相平衡时,需要弄清一个系统的独立变量数,此即可通过相律来确定。

        对于一个多相(n)多组成(m)且处于平衡的封闭系统,其各相对应的温度、压力及各组成的化学位彼此相等,方程可表示为:

              T(1) =T(2)... ... =T(n)

              p(1)=p(2)... ... =p(n)

               µ1(1)=µ1(2) ... ...=µ1(n)

               µ2(1)=µ2(2) ... ...=µ2(n)

                                   ... ...

                                   ... ...

               µm(1)=µm(2) ... ...=µm(n)

        则对应的方程数量为(n-1)(m+2),但并不表示所有方程中的参数均可作为独立参数。

        对于每一个单相平衡系统,其独立变量数受到Gibbs-Duhem方程的约束。Gibbs-Duhem方程表示如下:

            SdT - Vdp + sum(midµi) = 0    (方程中sum表示求和)

        该方程通用于每一个平衡相,因此对每一个相而言,其自由度也即独立变量数为m+1,所以对于所有相而言,其自由度为n(m+1)。因此,对于多相多组成系统处于平衡时,其自由度F即为:

           F=n(m+1)-(n-1)(m+2)=m+2-n

据此,可获得多组份多相系统的自由度数,即独立变量数。如下表对纯流体、二元和三元混合物的示例。

自由度 纯流体 二元混合物 三元混合物
点(如三相点等) 0 1 2
单相区 2 3 4
饱和平衡线 1 2 3

        相图:

        相图是用图示的方法表示某一体系处于热力学平衡条件下压力、温度及组成之间的相互关系,主要有温度-组成图(等压)、压力-组成图(等温)、压力-温度图(等组成)以及汽相组成-液相组成图。相图一般可以通过实验获得,也可通过理论模拟计算获得。通常使用较多的是二元平衡相图,此可在二维平面中清晰表示。根据相律,在二维平衡相图中,最大自由度为2、表示最多的相数为3。

点击次数:  更新时间:2016-01-17 16:51:23  【打印此页】  【关闭】
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