CC BY
10ВЕСТН. САМАР. ГОС. ТЕХН. УН-ТА. СЕР. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2018. № 1 (57)
УДК 620.193
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ТЕСТИРОВАНИЯ БАЗЫ ДАННЫХ ПО ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ ВЕЩЕСТВ
С.Б. Коныгин, Д.В. Коноваленко
Самарский государственный технический университет Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Аннотация. Рассмотрены вопросы автоматизированного тестирования базы данных по теплофизическим свойствам химических веществ. Предложен набор простых критериев, позволяющих снизить количество ошибок в значениях постоянных и температурно-зависимых параметров химических компонентов. Рассмотренная система тестирования была реализована в программной платформе для моделирования и расчета процессов и аппаратов «МиР ПиА». Проведено тестирование работы предлагаемой системы, которое в целом показало целесообразность ее использования. Установлено, что для очень легких химических компонентов могут наблюдаться ошибки при оценке корректности ацентрического фактора. Для тяжелых углеводородных компонентов проблематично проведение оценки значений стандартной плотности жидкости.
Ключевые слова: тестирование базы данных, теплофизические свойства веществ, моделирование технологических процессов.
Одной из составляющих современных программных продуктов, предназначенных для моделирования технологических процессов нефтегазовой и химической промышленности, является база данных со свойствами химических веществ [1]. Такие базы данных, как правило, содержат большое количество компонентов, и каждый из них характеризуется широким набором теплофизических свойств (как постоянных, так и зависящих от температуры). В силу того, что указанные данные собираются из различных литературных источников [2-4], возможно возникновение ситуации, когда они будут противоречить друг другу. В этой связи для разработчиков подобных программных продуктов может представлять интерес система автоматизированной проверки корректности параметров химических веществ.
В рамках настоящей статьи рассматривается простая система проверки, которая была реализована для тестирования базы программной платформы для моделирования и расчета процессов и аппаратов «МиР ПиА» [1]. Диалоговые окна для ввода постоянных и температурно-зависимых свойств представлены на рис. 1 и 2. Для автоматизированной проверки предлагается использовать следующие основные критерии:
1) значения критических температуры Тс, давления Рс, объема Ус и сжимаемости 2с должны быть связаны между собой соотношением
Сергей Борисович Коныгин (д.т.н., доцент), заведующий кафедрой «Машины и оборудование нефтегазовых и химических производств».
Денис Владимирович Коноваленко, старший преподаватель кафедры «Машины и оборудование нефтегазовых и химических производств».
Р V
Р сгс
<&г
(1)
2) значение ацентрического фактора химического компонента ю должно соотноситься с его температурной зависимостью давления насыщенного пара Рнп следующим образом [2]:
ю- 1оя1(
Рг.
-+1
<в„
(2)
Рнп (0,7 • Тс )
3) значение температуры кипения Ткип также должно соотноситься с температурной зависимостью давления насыщенного пара Рнп следующим образом [2]:
Т *-Тк«п| <Вт, (3)
где Т* определяется численным решением уравнения
Рнп (т *) = 101325; (4)
4) температурные зависимости энтальпии Нид и энтропии 8ид идеального газа должны удовлетворять соотношению
Н (0,5 • Тс ) - 0,5 • Тс^ (0,5 • Тс) dT Т
<8,
(5)
5) значение стандартной плотности жидкости рст должно соответствовать температурной зависимости плотности жидкости р следующим образом:
|р(298)-рея| <8р. (6)
В формулах (1)-(6) значения погрешностей 8, зависят от классов химических веществ.
Свойства компонента
Константы : Температурные зависимости Экспериментальные данные Сравнительный анализ
Свойство компонента Значение Единицы измерения Лит А1
1 Название компонента 1,1-Диметилциклопентан
2 Альтернативное название
3 Химическая формула С7Н14
4 Группы веществ
5 Молекулярная масса 98,186 г/моль
6 Температура кипения 87,85 С
7 Стандартная плотность жидкости 758,57 кг/мЗ
8 Стандартная энтальпия образования -172048 Дж/моль ■
9 Стандартная энергия Гиббса образования 33425.8 Дж/моль
10 Ацентрический фактор 0.27235
11 Критическая температура 273,85 С
12 Критическое давление 3445.03 кПа
13 Критический объем 0.00036 нЗ/моль
14 Критическая сжимаемость 0.273
15 Температура тройной точки -69.79 V
Рис. 1. Диалоговое окно для ввода констант химических компонентов
Предлагаемая система проверки была реализована в виде программного модуля и апробирована на базе компонентов программной платформы «МиР ПиА». Пример диалогового окна, в котором отображаются результаты тестирования базы данных, приведен на рис. 3.
Свойства компонента
К :-:_г--= е e:f :-=е:?= : I-f:- - = - = е 1?нные Сравнительный анализ
Свойство компонента Формула зависимости Ед.изм. темпер. Мин. темп. Макс, темп Ед.изм. величины Лит л
1 Давление насыщенного пара 1Л -"-(58.191-3415.1/Г-19.2941од 1ЛСГ) +9.6704е -0 ЗТ-2.436 le- К 203.36 547 мм.руг.ст.
2 Плотность жидкости 0.2728 10.2773-Ч0Ч1 - У547)-"-0.3016)) К 203.36 547 г/сиЗ
3 Энтальпия идеального газа (49.51858-0.159547*Г+0. 544201е-0 3"Т-"-2-0.12920 le -06 "Т-"- 3 R. 537 2700 Дж/моль
4 Энтальпия газа С кДж/моль
5 Энтальпия жидкости С кДж/моль
6 Энтропия идеального газа (-0.159 547Чод(Т) +24.544201е-0 ЗТ-3/2Ч. 12920 le-06 "Тл2- R. 537 2700 Дж/моль. IÍ
7 Энтропия газа С кДж/моль. К
8 Энтропия жидкости С кДж/моль. IÍ
9 Теплопроводность газа -1.3734Е-02+7.7392Е-0 5 Т+4.7344Е -08 "ТА2 К 250 1000 Бт/м.К
10 Теплопроводность жидкости 0.1874-9.9435Е-0 5 Т-3.0 315Е-07Т-"-2 к 233.36 477 Бт/м.К
11 Вязкость газа -7.57а 1-Ю .2657*14.3014е-0 5 к 250 1000 мкП
12 Вязкость жидкости 1Д 6801+2.6761Е+02/Г-Ю. 0033*Т-Н-б.4471Е-06) *ТЛ2) к 293.15 519.65 сЛ U
13 Поверхностное натяжение 55.282*{1-Т/547.00) л1.2168 к 203.36 547 дин/сэт V
QK ] [ Отмена ]
Рис. 2. Диалоговое окно для ввода свойств химических компонентов, зависящих от температуры
Список ошибок и предупреждений
Результаты тестирования данных по чистым веществам
- ............................................................................................................................................._
В С] Метан
ф Zpam - 0.286198, гтабл - 0.286
-й. Некорректное соотношение давления насыщенного пара и ацентрического фактора Ф Шрасч - 0,0102175, Мтабл - 0.011518 J Ррасм = 1 L776.9, Ртабл = 11696.3 () Трасм - 11.1.617, Ттабл - 111.665
() dH/dT = 33.1394, T^S/rfT" - 33.1222 + Этан
I СИ Пропан I Бутан + С] Изобутан + | Пентан 1+ СИ Изопентан 1+ | Неопентан + СИ Гексзн + СИ 2-Метилпентан + СИ З-Метилпентан + СИ 2,2-Диметилбутан + С] Гептан + СИ 2-Метилгексан + СИ З-Метилгексан 1+ СИ 2Г4-Диметилпентан + С] Октан
+ СИ 2,2-Диметилгексан
Рис. 3. Диалоговое окно с результатами тестирования базы химических компонентов
На момент тестирования база данных содержала порядка ста химических веществ, основную часть которых составляли углеводороды. Кроме того, в базе присутствовали инертные и легкие полярные газы.
Опыт тестирования базы данных показал следующие основные результаты:
1) для углеводородных компонентов с не слишком большими молекулярными массами (за исключением метана) все автоматические тесты выполняются и позволяют в любой момент проверить корректность параметров;
2) для очень легких компонентов (водород, азот, метан и т. п.) проверить значение ацентрического фактора по формуле (2) не удается;
3) для тяжелых углеводородов проверка стандартной плотности жидкости по формуле (6) невозможна, т. к. при данных условиях вещество еще находится в твердой фазе.
Все сказанное позволяет сделать вывод о целесообразности внедрения подобных средств автоматизированного тестирования в программные продукты для моделирования технологических процессов нефтегазовой и химической отрасли.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Коныгин С.Б., Крючков Д.А. Моделирование и расчет процессов и аппаратов (МиР ПиА). Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015613176.
2. Уэйлес С. Фазовые равновесия в химической технологии. Т. 1. - М.: Мир, 1987. - 304 с.
3. Гуревич Г.Р., Брусиловский А.И. Справочное пособие по расчету фазового состояния и свойств газоконденсатных смесей. - М.: Недра, 1984. - 264 с.
4. Термодинамика равновесия жидкость - пар / Под. ред. А.Г. Морачевского. - Л.: Химия, 1989. - 344 с.
5. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М.: Старс, 2006. - 720 с.
Статья поступила в редакцию 28 января 2018 г.
AUTOMATED TESTING SYSTEM FOR THE DATABASE CONTAINS THE COMPONENTS THERMOPHYSICAL PROPERTIES
S.B. Konygin, D.V. Konovalenko
Samara State Technical University
244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation
Abstract. The paper deals with the problems of automated testing system of database according to the thermophysical properties of chemicals. An offered set of simple criteria allows to decrease the errors in constant and temperature-dependent parameters of chemicals. This system was realized in the program platform for modeling and calculation of the processes and devices ("MiR PiA"). The testing of this system showed the feasibility of its use. Some errors can occur on the acentric factor for the light chemicals. The assessment of the standard liquid density for the heavy hydrocarbons is problematic.
Keywords: database testing, thermophysical properties of chemical components, modeling of technological processes.
Sergey B. Konygin, Doctor of Technical Sciences, Head of Department. Denis V. Konovalenko, Senior Lecturer.
