[发明专利]考虑空气溶解度的液体活塞等效库容模型及其仿真算法

说明书

一种考虑空气溶解度的液体活塞等效库容模型及其仿真算法。考虑空气溶解度的液体活塞等效库容模型是由气相区、液相的不溶气液体区与液相的库容区组成的热力学等值模型，并且用传质泵表示溶解速率。基于该模型的仿真算法包括以下步骤：A、确定运行工况，输入两相的初始热力学参数，设定仿真时间步长；B、计算液体活塞等效库容模型参数；C、利用等值模型和当前时刻的两相热力学参数进行热力学计算，得到下一时刻的两相热力学参数；D、修正两相热力学参数；E、仿真运算结束并输出结果。

技术领域

本发明属于压缩空气储能领域，涉及一种考虑空气溶解度的液体活塞等效库容模型及其仿真算法。

背景技术

液体活塞技术是一种新兴的等温压缩空气储能技术，它利用比热容大的液体提供近似恒温环境，并且通过气液两相直接接触以提高传热效率，实现空气的储能与发电过程接近于等温过程，从而降低热损失，提高系统的储能发电效率。常用的气液两相直接接触的方法是液体喷雾、活塞底部注气和填料换热。直接接触换热的方式不仅强化相间传热速率，而且强化相间传质速率。由于液体活塞内压缩空气的压强变化范围大，因而空气溶解度对装置运行的影响更加显著。但是，现有的文献一般将液相假设成不溶气的液体，其推导的热力学模型没有考虑空气溶解度的影响，导致高压下的仿真结果与实际数据存在一定偏差。

发明内容

本发明的目的是解决背景技术中所提到的液体活塞热力学模型的仿真精度不足的问题，提出一种考虑空气溶解度的液体活塞等效库容模型及其仿真算法。本发明将可以溶解压缩空气的液体空隙等效为库容，考虑了影响库容的各种因素，并且利用库容对等值模型的气液两相热力学参数进行修正，提高了模型的仿真精度。

本发明提出的考虑空气溶解度的液体活塞等效库容模型是由气相区、液相的不溶气液体区与液相的库容区组成的热力学等值模型，并且用传质泵表示溶解速率。

本发明提出的基于考虑空气溶解度的液体活塞等效库容模型的仿真算法包括以下步骤：

A、确定运行工况，输入两相的初始热力学参数，设定仿真时间步长；

B、计算液体活塞等效库容模型空气溶解参数；

C、利用等值模型和当前时刻的两相热力学参数进行热力学计算，得到下一时刻的两相热力学参数；

D、修正两相热力学参数；

E、仿真运算结束并输出结果。

所述液体活塞是一种等温压缩空气储能装置，其通过比热容大的液体提供近似恒定的温度环境，并且增大气液接触面积和接触时间，使空气在压缩和膨胀过程中无限接近于等温过程。

所述的气相区是指液体活塞内空气部分；所述的不溶气液体区是指液体活塞内液体分子部分；所述的库容区是指液体活塞内液体分子之间可以溶解空气的间隙的部分，液体体积是不溶气液体区与库容区的体积之和。所述仿真算法是液体活塞的热力学计算方法。

所述步骤A中的运行工况分为储能压缩过程和发电膨胀过程。

所述步骤B中的液体活塞等效库容模型空气溶解参数是溶解速率、库容区体积；空气的溶解速率正比相间传热速率；库容区体积的计算方法为：

其中，V_eq为库容区体积，rs为空气在的溶解度，气体i为氮气或者氧气，V_w为装置内液相体积，Kp_i为气体i的溶解平衡常数，为气体i的有效间隙度，b_i为气体i的Van derWaals 体积，R为理想气体常数，T为热力学温度，p为压强。

所述步骤C中的热力学计算包括以下步骤：

(1)计算装置对空气做功量