یک سیستم ترمودینامیکی برای توصیف خواص گونه های خالص و مخلوطی از ترکیبات شیمیایی برای مایعات، گازها، تعادل مایع-بخار و تعادل مایع-مایع استفاده می شود. گونه‌های موجود و مراحل (حالت‌های تجمع) موجود در سیستم مدل‌سازی شده را مشخص می‌کند. همچنین توابع خواص ترمودینامیکی و حمل و نقل سیستم شیمیایی را تعریف و ارزیابی می کند، یعنی خواص گونه ها و مخلوط برای مایعات، گازها و تعادل فاز.
برای ایجاد یک سیستم ترمودینامیکی ، جادوگر سیستم ترمودینامیک را به یکی از روش های زیر راه اندازی کنید:
• | روی گره Global Definitions کلیک راست کنید ، Thermodynamics را انتخاب کنید و Thermodynamic System را انتخاب کنید . |
• | با استفاده از رابط مهندسی واکنش، سیستم ترمودینامیک را از قسمت Thermodynamics نوار ابزار Reaction Engineering انتخاب کنید . |
• | به همین ترتیب، با استفاده از رابط Chemistry، سیستم ترمودینامیک را از قسمت Thermodynamics نوار ابزار شیمی انتخاب کنید . |
جادوگر سیستم ترمودینامیکی شامل مراحل زیر است:
1 | System را انتخاب کنید |
2 | گونه ها را انتخاب کنید |
3 | مدل ترمودینامیکی را انتخاب کنید |
SYSTEM را انتخاب کنید
از مرحله Select System در ویزارد برای تعریف فازها در سیستم مدل شده استفاده کنید . می توانید گاز ، مایع ، بخار-مایع ، بخار-مایع-مایع ، یا مایع-مایع را انتخاب کنید . نام فازها در جدول سیستم انتخاب شده را می توان با ویرایش عنصر در ستون Name تغییر داد. روی دکمه Next ( ) کلیک کنید 
تا به مرحله بعدی در ویزارد بروید.
تا به مرحله بعدی در ویزارد بروید.
شکل 10-3: جادوگر سیستم ترمودینامیکی: سیستم را انتخاب کنید.
گونه ها را انتخاب کنید
از فیلد متنی فیلتر نوع گونه برای جستجو در میان گونه های موجود در پایگاه داده COMSOL یا گونه های تعریف شده توسط کاربر استفاده کنید . گونه ها را می توان با تایپ نام، شماره CAS یا فرمول شیمیایی جستجو کرد. با استفاده از یک فرمول، تمام گونه هایی که فرمول شیمیایی آنها ترکیبی از اتم های داده شده را شامل می شود، فهرست می شوند. به عنوان مثال، هنگام جستجو برای آمونیاک NH3 یا H3N می توان استفاده کرد.
یک یا چند گونه را در لیست انتخاب کنید و روی دکمه Add Selected ( 
) کلیک کنید تا گونه ها را به جدول Selected species اضافه کنید . همچنین می توانید کلید Enter را فشار دهید تا اولین گونه ها در لیست یا گونه هایی که انتخاب شده اند را اضافه کنید. برای حذف گونه ها از جدول گونه های انتخاب شده، از دکمه حذف انتخاب شده ( ) یا دکمه حذف همه ( ) استفاده کنید که هر دو در زیر جدول قرار دارند. روی دکمه Next ( ) کلیک کنید تا به مرحله بعدی در ویزارد بروید.
) کلیک کنید تا گونه ها را به جدول Selected species اضافه کنید . همچنین می توانید کلید Enter را فشار دهید تا اولین گونه ها در لیست یا گونه هایی که انتخاب شده اند را اضافه کنید. برای حذف گونه ها از جدول گونه های انتخاب شده، از دکمه حذف انتخاب شده ( 
) یا دکمه حذف همه ( 
) استفاده کنید که هر دو در زیر جدول قرار دارند. روی دکمه Next ( ) کلیک کنید 
تا به مرحله بعدی در ویزارد بروید.
شکل 10-4: جادوگر سیستم ترمودینامیکی: گونه ها را انتخاب کنید.
مدل ترمودینامیکی را انتخاب کنید
مدل ترمودینامیکی روابط بین خواص ترمودینامیکی شدید سیستم مانند فشار، حجم ویژه و دما را کنترل می کند. همچنین نحوه محاسبه خواص گسترده مانند آنتالپی، آنتروپی یا ظرفیت گرمایی سیستم را کنترل می کند. علاوه بر این، مدل ترمودینامیکی مدل های پیش فرض مورد استفاده برای محاسبه خواص حمل و نقل را مشخص می کند.
مدل های ترمودینامیکی زیر برای تمام فازها موجود است:
• | پنگ رابینسون |
• | پنگ رابینسون (توو) |
• | Soave-Redlich-Kwong |
• | Soave – Redlich – Kwong (Graboski – Daubert) |
برای سیستمی که فقط فاز گازی دارد، یا برای سیستم‌های فاز مایع با مدل‌های ترمودینامیکی که نیاز به معادله حالت دارند، قانون گاز ایده‌آل به مدل‌های موجود در فهرست مدل فاز گاز یا فهرست معادله حالت اضافه می‌شود.
هنگامی که سیستم شامل یک یا چند فاز مایع است، مدل‌های اضافی زیر نیز در دسترس هستند (در لیست مدل‌های فاز مایع ):
• | چائو-سیدر (گریسون-استرید) |
• | ویلسون |
• | NRTL |
• | UNIFAC ELV |
• | UNIQUAC |
• | راه حل منظم |
• | راه حل منظم توسعه یافته |
• | راه حل ایده آل |
این مدل ها با مدل های فعالیت مطابقت دارند.
برای محاسبه خواص آب و بخار از مدل آب (IAPWS) استفاده کنید . این برای سیستم هایی که شامل یک گونه آب منفرد هستند در دسترس است.
برای توصیه های مربوط به مدل ترمودینامیکی مناسب، بر اساس فازهای موجود و سطح فشار سیستم، به بخش انتخاب مدل ترمودینامیکی مناسب مراجعه کنید .
برای کنترل دستی مدل های مورد استفاده برای خواص ترمودینامیکی، خواص انتقال و کشش سطحی، کادر گزینه های پیشرفته را انتخاب کنید . وقتی این چک باکس انتخاب شد، تمام مدل‌های ویژگی موجود در جدول مدل ویژگی نشان داده می‌شوند. مدل‌های ویژگی موجود به فازهای موجود در سیستم ترمودینامیکی بستگی دارد.
هنگامی که فقط یک فاز گاز وجود دارد، مدل هایی برای ویژگی های زیر در دسترس هستند:
• | قابلیت انتشار گاز |
• | هدایت حرارتی گاز |
• | ویسکوزیته گاز |
برای یک مایع تک فاز، یا برای یک سیستم مایع- مایع دو فاز، مدل هایی با ویژگی های زیر وجود دارد:
• | انتشار مایعات |
• | انتشار مایع در رقت بی نهایت |
• | هدایت حرارتی مایع |
• | ویسکوزیته مایع |
• | حجم مایع |
برای سیستم هایی که هم فاز بخار و هم فاز مایع دارند، تمام ویژگی های فوق و همچنین کشش سطحی گاز- مایع در دسترس هستند.
شکل 10-5: جادوگر سیستم ترمودینامیکی: گزینه های مدل ترمودینامیکی پیشرفته برای سیستم بخار-مایع موجود است.
روی دکمه Finish ( ) کلیک کنید
تا از جادوگر سیستم ترمودینامیک خارج شوید و سیستم مربوطه را در زیر گره ترمودینامیک اضافه کنید . توجه داشته باشید که برچسب گره پیش فرض فاز موجود در سیستم را منعکس می کند. به عنوان مثال، هنگام ایجاد یک سیستم بخار-مایع، یک گره با عنوان سیستم بخار-مایع اضافه می شود. نام سیستم را می توان با استفاده از قسمت متن برچسب در پنجره تنظیمات سیستم تغییر داد.
تا از جادوگر سیستم ترمودینامیک خارج شوید و سیستم مربوطه را در زیر گره ترمودینامیک اضافه کنید . توجه داشته باشید که برچسب گره پیش فرض فاز موجود در سیستم را منعکس می کند. به عنوان مثال، هنگام ایجاد یک سیستم بخار-مایع، یک گره با عنوان سیستم بخار-مایع اضافه می شود. نام سیستم را می توان با استفاده از قسمت متن برچسب در پنجره تنظیمات سیستم تغییر داد.تنظیمات
انتخاب یک سیستم ترمودینامیکی یا گره سیستم از پیش تعریف شده ، پنجره تنظیمات آن را با توضیح محتوای بسته و ویژگی های موجود نشان می دهد. ویرایش متن در قسمت Label text نام سیستم را تغییر می دهد. در زیر توضیحاتی در مورد تنظیمات سیستم ترمودینامیکی ارائه شده است.
شکل 10-6: تنظیمات سیستم ترمودینامیکی.
گونه ها:
گونه های موجود در سیستم ترمودینامیکی را فهرست می کند. با کلیک راست روی گره سیستم ترمودینامیکی و انتخاب Add or Remove Species می توانید لیست گونه ها را تغییر دهید .
فاز:
فازهای موجود در سیستم ترمودینامیکی را فهرست می کند. می‌توانید با کلیک راست روی گره سیستم ترمودینامیکی و انتخاب Define System ، فازهایی مانند گاز، مایع یا بخار مایع را اضافه یا حذف کنید .
خواص گونه:
پارامترها و توابعی را که ترمودینامیک و خواص انتقال را برای گونه های خالص توصیف می کنند، فهرست می کند. چنین توابعی ممکن است چگالی، ظرفیت گرمایی، هدایت حرارتی یا سایر خواص ترمودینامیکی و انتقال را توصیف کنند. برای اطلاعات بیشتر، به ویژگی گونه ها مراجعه کنید .
خواص مخلوط:
توابع ویژگی مخلوط موجود را فهرست می کند. توجه داشته باشید که برای استفاده از این توابع باید یک مدل مخلوط تعریف شده باشد. می‌توانید با کلیک راست روی گره سیستم ترمودینامیکی و انتخاب ویژگی مخلوط، یک ویژگی مخلوط را تعریف کنید .
مدل ترمودینامیکی:
وقتی مایعی وجود دارد، از لیست مدل فاز مایع برای انتخاب مدل ترمودینامیکی این فاز استفاده کنید.
وقتی گاز وجود دارد، از لیست مدل فاز گاز برای انتخاب مدل ترمودینامیکی این فاز استفاده کنید. اگر هر دو فاز گاز و مایع در دسترس باشند، و مدل فاز مایع روی یک معادله تنظیم شده باشد، مدل فاز گاز به طور خودکار روی همان مدل تنظیم می شود.
مدل های ملک:
تنظیمات مدل‌های دارایی فردی موجود را نمایش می‌دهد. مدل های ویژگی را می توان با انتخاب مقادیر مختلف از جعبه ترکیبی در ستون Model تغییر داد. به عنوان مثال، برای هدایت حرارتی گاز می توانید نظریه جنبشی یا ایده آل را از جعبه ترکیبی مربوطه انتخاب کنید. همچنین می‌توانید مدل ویژگی را در آخرین مرحله از جادوگر سیستم ترمودینامیکی با انتخاب کادر گزینه Advanced انتخاب کنید، به انتخاب مدل ترمودینامیکی مراجعه کنید .
پارامترهای تعامل باینری:
از این بخش می توان برای بررسی و ویرایش پارامترهای تعامل باینری استفاده کرد. همانطور که در شکل 10-7 نشان داده شده است، یک جفت گونه (ستون اول و دوم، گونه 1 و گونه 2) را انتخاب کنید تا پارامتر تعامل باینری مربوطه را که در حال حاضر استفاده می شود ویرایش کنید. در مواردی که مدل ترمودینامیکی بیش از یک نوع پارامتر برهمکنش باینری دارد، هر نوع پارامتر اندرکنش در یک ستون در جدول نشان داده می شود.
شکل 10-7: وارد کردن پارامترهای تعامل باینری برای مدل Soave–Redlich–Kwong.
هنگامی که یک پارامتر تعامل باینری در پایگاه داده برای یک جفت گونه موجود نیست، مقدار پارامتر روی صفر تنظیم می شود (مقدار پیش فرض).
اصلاح یک سیستم موجود
می توان یک سیستم ترمودینامیکی موجود را اصلاح کرد، برای مثال با تغییر گونه ها یا فازهای موجود. برای انجام این کار، روی گره سیستم ترمودینامیک کلیک راست کرده و Add or Remove Species یا Define System را از منوی زمینه انتخاب کنید. هر دوی این گزینه ها برای سیستم هایی که با استفاده از سیستم ترمودینامیکی ایجاد شده اند در دسترس هستند. برای یک سیستم از پیش تعریف شده ، گزینه Add or Remove Species برای هوای خشک و هوای مرطوب در دسترس است. برای سیستم بخار آب، هیچ یک از دو گزینه موجود نیست.
هنگامی که ویژگی های یک گونه تعریف شده توسط کاربر تغییر کرد، گزینه Update From Species را انتخاب کنید تا تغییرات در سیستم ترمودینامیکی اعمال شود.
شکل 10-8: اصلاح گونه ها و فازهای یک سیستم ترمودینامیکی.
افزودن یا حذف گونه ها
انتخاب Add or Remove Species شما را به مرحله Select Species در ترمودینامیکی System Wizard می برد . از دکمه Add Species ( ) برای افزودن گونه به لیست Selected Species استفاده کنید . برای حذف یک گونه، آن را در لیست انتخاب کنید و از دکمه Remove Species ( ) استفاده کنید.
) برای افزودن گونه به لیست Selected Species استفاده کنید . برای حذف یک گونه، آن را در لیست انتخاب کنید و از دکمه Remove Species ( 
) استفاده کنید.مطمئن شوید که روی دکمه Finish ( 
) کلیک کنید تا تغییرات اعمال شوند.
) کلیک کنید تا تغییرات اعمال شوند.توجه داشته باشید که افزودن یا حذف گونه ها در یک سیستم ترمودینامیکی که در حال حاضر به یک رابط مهندسی واکنش یا یک رابط شیمی کوپل شده است، این جفت شدن را می شکند. برای نحوه به روز رسانی این کوپلینگ، اتصال با مهندسی واکنش و رابط های شیمی را ببینید .
سیستم را تعریف کنید
انتخاب Define System شما را به مرحله Select System در جادوگر سیستم ترمودینامیکی می برد . می توانید سیستم مورد نظر را از لیست انتخاب کنید.
مطمئن شوید که روی دکمه Finish ( ) کلیک کنید تا تغییرات اعمال شوند.
) کلیک کنید تا تغییرات اعمال شوند.توجه داشته باشید که تغییر فاز(ها) در یک سیستم ترمودینامیکی که در حال حاضر به یک رابط مهندسی واکنش یا یک رابط شیمی کوپل شده است، این جفت شدن را می شکند. برای اینکه چگونه می توان این جفت را به روز کرد، به بخش Coupling with Reaction Engineering و Chemistry Interfaces مراجعه کنید .
به روز رسانی از گونه ها
این گزینه در یک سیستم ترمودینامیکی که شامل گونه های تعریف شده توسط کاربر است موجود است . از آن برای به روز رسانی سیستم به دنبال تغییر در خصوصیات گونه استفاده کنید.
اطلاعات هشدار
هنگامی که یک سیستم ترمودینامیکی ایجاد می شود ، همیشه یک بررسی سلامت عقل انجام می شود . اگر مشکلی پیدا شد، یک گره اطلاعات هشدار که مشکلات را فهرست می کند، در زیر بسته اضافه می شود. یک مثال زمانی که این اتفاق می افتد زمانی است که یک پارامتر مورد نیاز برای مدل ترمودینامیکی، معمولاً یک پارامتر تعامل باینری، در پایگاه داده موجود نیست.
