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2025年 46卷 4期
刊出日期：2025-04-28
热学计量
热学计量
467
可解释机器学习与物理规律融合的热物性显式预测方法——以气相声速为例
彭夏尧 杨震 段远源
提出了一种热物理规律指导的人工智能探索方法，利用计算机代替执行规律探索和公式提出过程。以基础热物性参数气相声速为例，针对截断维里方程在气相高压区的固有局限性，使用符号回归对表征多分子作用的众多高阶维里系数项进行总结归纳，形成了通用性的显式预测模型。模型预测28种物质的气相声速的均方根相对偏差仅为0.29%，且在近临界压力处的预测偏差显著低于现有的模型。本工作的结果有望形成一种新的热物性预测模型探索方法，也是对机器学习黑箱模型进行物理意义解释的一个尝试。
2025 Vol. 46 (4): 467-474 [
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475
具有光谱选择性吸收的金属Cr随机粗糙表面吸收率、发射率模拟
武江元 安保林 董伟 杨震 段远源
提出了一种基于金属Cr随机粗糙表面的太阳能光热选择性吸收涂层。通过时域有限差分法（FDTD）模拟计算了涂层的吸收率和发射率，发现该涂层具有优异的选择性吸收性能。在0.3 μm–2.1 μm波段，实现了宽带吸收，平均吸收率超过96%；在2.5 μm–10 μm波段，发射率低于0.25。与周期性微结构相比，随机粗糙表面展现出更高的吸收性能，具有通过机械加工制备的潜力。进一步研究了表面粗糙度、相关长度、入射角和方位角对吸收率和发射率的影响，结果表明，该表面在0-50°范围内吸收率超过90%，有望在太阳能光热吸收涂层领域应用。
2025 Vol. 46 (4): 475-481 [
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482
可准确外推的三参数饱和蒸气压新方程
卿康 汪尔奇 杨震 段远源
饱和蒸气压方程可描述三相点至临界点整个气液共存压力随温度的变化规律，是流体饱和蒸气压这一基础物性实际应用的载体。基于饱和蒸气压热力学规律分析，归纳了饱和蒸气压方程应符合的数学条件，提出了一个仅有3参数形式简单便于应用的新饱和蒸气压方程，并对62种物质三相点至临界点全区域饱和蒸气压实验数据分析后证明，新方程对实验数据的拟合精度与Wagner型方程相当，与实验数据平均绝对相对偏差小于1%，最大绝对相对偏差小于5%；而在外推性能上，在缺少实验数据采用简单初始值设定、无参数约束拟合的情况下，提出的新方程在三相点方向外推、临界点方向外推以及三相点与临界点方向同时外推的有效性均明显优于Wagner型方程，外推趋势及性能更加稳定。
2025 Vol. 46 (4): 482-490 [
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491
基于剩余熵标度的气化工质黏度模型
李卓 杨震 段远源
为了精确预测气化工质的黏度，建立了一种基于Rainwater-Friend理论并结合剩余熵标度方法的黏度关联模型。研究对象包括甲烷、氮气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、氢气和水等七种常见气化工质及其混合物，有效范围为温度大于293.15K，压力小于5 MPa的气相及超临界区。该模型通过关联无量纲黏度与无量纲剩余熵，减少了模型参数数量，提高了在高温区域的外推性能。模型能够应用于混合工质，并对多种气化工质的混合物黏度进行准确预测。与实验数据及REFPROP计算结果的对比表明，在整体煤气化联合循环参数范围内，模型对纯净物的平均相对绝对偏差为0.73%，对混合物为1.26%，均低于REFPROP的计算偏差（0.79%和1.70%）。该模型在实际工程应用中具有较强的适用性和推广潜力，为气化工质的黏度预测提供了一种有效工具。
2025 Vol. 46 (4): 491-498 [
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499
等温腔式黑体内壁面局部发射率变化对空腔发射率的影响研究
杨成志 安保林 赵云龙 宋旭尧 陆规 董伟 王琪雯 叶强 李元媛
腔式黑体是热工计量领域中常用的辐射源，其内壁面材料发射率是影响黑体空腔发射率的重要因素。目前，已有研究主要考虑内壁面材料发射率整体变化对空腔发射率的影响，而对于局部壁面材料发射率变化影响的相关研究鲜有文献公开报道。因此，采用有限体积法模拟计算了黑体空腔积分发射率，并将其结果与Monte-Carlo法计算结果进行比较；模拟计算不同长径比下黑体腔壁和腔底内壁面材料发射率变化对黑体空腔发射率的影响，进而讨论局部材料发射率变化对黑体空腔发射率的影响。结果表明，有限体积法模拟结果与Monte-Carlo法计算结果偏差在0.1%以内；当腔底壁面发射率在0.3以上，长径比L/R>5时，空腔积分发射率变化量小于0.002；腔壁壁面材料发射率变化对空腔积分发射率的影响更为显著，其它因素不变的情况下，仅将壁面发射率从0.8变为0.5，其空腔积分发射率变化量大于0.09；局部壁面材料发射率发生改变时，空腔积分发射率变化量随轴向相对位置靠近空腔开口而逐渐变大。
2025 Vol. 46 (4): 499-504 [
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505
热虹吸优化相变-热电系统传热性能研究
孙浩焱 王琴 王元元 刘安邦 俞晓晓 吴子华
相变材料（Phase Change Materials, PCM）由于其较高的潜热密度，被广泛应用于储热领域，特别是在热电转换（Thermoelectric Generation, TEG）系统中，PCM的引入可有效延长系统的供热与发电时间。然而，PCM本身传热性能较差，限制了其在更广泛领域中的应用，因此需要通过传热强化技术来提升其热能利用效率。热虹吸管（Thermosyphon, TS）是一种高效的传热元件，利用其内部工作介质的相变过程实现高于金属的导热性能。因此，将热虹吸管引入PCM-TEG耦合系统有望进一步提高热能利用率。实验对比研究了热虹吸管的传热段比例（4:2:4和3:3:3两种情况）与冷却条件（自然冷却模式与水冷模式）对PCM-TS-TEG耦合系统发电性能的影响。研究结果表明，在自然冷却模式下，当热管传热段比例为4:2:4时，热管两端的轴向温差为20.91 ℃，相较于3:3:3的工况减小了7.45 ℃，表现出更好的传热性能。并且在此传热段比例条件下PCM-TS-TEG耦合系统在PCM相变期间输出电能更佳，累计输出86.44 J。在上述实验结果的基础上，进一步研究了水冷模式对系统发电性能的影响，发现当水冷流速为16 rpm时，系统的发电量最高，输出电能为410.28 J。
2025 Vol. 46 (4): 505-510 [
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511
石墨烯/正十八烷复合相变材料制备及导热性能研究
王琴 孙浩焱 王元元 董岚 俞晓晓 吴子华
随着全球环境污染日益加剧和能源资源浪费问题的凸显，高导热复合相变材料在热能存储、节能建筑、电子设备散热等领域的研究逐渐受到学术界和工业界的广泛关注。该研究以正十八烷作为基体，通过机械混合方法引入石墨烯这一具有优异导热性能的纳米材料，制备了不同质量分数的石墨烯/正十八烷复合相变材料，以此提升基体正十八烷的导热性能。通过实验制备了不同质量分数的石墨烯/正十八烷复合相变材料，并对其进行了物理化学表征与导热性能测试。实验结果显示，随着石墨烯质量分数的增加，复合材料的导热性能提升。当石墨烯的质量分数为1.5 wt%时，石墨烯/正十八烷复合相变材料的固态和液态热导分别达到了0.33 W/K和0.19 W/K，相较于纯正十八烷，其固态热导提高了83.3%，液态热导则提升了18.7%。这些结果表明，石墨烯作为导热增强剂能够有效提升相变材料的热传导性能，尤其在固态下的导热效果尤为显著。
2025 Vol. 46 (4): 511-517 [
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518
发汗冷却用镍基泡沫孔隙尺度流动传热特性研究
周欣蕾 张超 张宏明 张红军 杨肖峰 曾磊 肖光明
镍基泡沫材料作为高速飞行器发汗冷却防热结构的选择之一，具有质量轻、比表面积大等优点，探究并提高其综合流动传热性能对提高发汗冷却效率至关重要。作者以发汗冷却用镍基合金泡沫为研究对象，采用X-CT扫描技术重构获得其真实的微细观结构，基于多松弛的格子玻尔兹曼方法（MRT-LBM），结合GPU加速技术，建立发汗冷却用镍基合金泡沫多孔材料的孔隙尺度导热-对流复合传热数值模拟方法。以空气为冷却介质，重点分析镍基合金泡沫在不同雷诺数条件下的流动传热特性。结果表明，镍基合金泡沫的流动存在明显的Darcy区、Transitional区和Forchheimer区，临界雷诺数为0.136。并且，随着雷诺数的增大，虽然流动阻力增大，但传热效率也明显增强。在达西区，传热由导热主导，而过渡区与强惯性区则以强迫对流为主导。此外，综合传热因子与雷诺数呈正相关，即增大雷诺数可有效提高泡沫结构的综合传热性能。研究获得的镍基合金泡沫流动与传热特性，可以为提高发汗冷却效率提供一定的理论支撑。
2025 Vol. 46 (4): 518-527 [
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528
基于双光梳吸收光谱的燃烧气体温度测量方法
马涛 王景辉 孟飞 黄昂 张建伟
火焰温度测量是备受关注的测试技术问题，从接触式测量到非接触式测量，激光光谱诊断方法现在成为主流，其中双光梳吸收光谱法因其宽光谱范围，测量速度快，信噪比高，无需机械结构而成为当今前沿的研究方向。目前的研究大多是在用该技术测量甲烷等气体温度，未能直接测量火焰。本文先对双光梳光谱的稳定性进行评价，整体光谱稳定性在2％以内，再配合燃烧吸收装置，对通过火焰吸收的信号进行连续式采集，并结合双线吸收法，初步计算了吸收路径平均温度，得到温度分布，将其与热电偶对照，温度趋势基本一致，为火焰温度精准测量提供参考。
2025 Vol. 46 (4): 528-534 [
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535
稀疏单原子气体导热系数的Monte Carlo模拟
石伟龙 靳旭红 姚雨竹 程晓丽
气体的导热系数或热导率是是传热学和工程热力学等科学研究及能源动力、航空航天等工业领域必需的基础物性参数。采用直接模拟Monte Carlo (direct simulation Monte Carlo, DSMC) 方法对两个无限大平行平板之间的稀疏单原子气体一维热传导问题进行数值模拟，探索不同稀薄程度条件下平板之间的气体压力、密度和温度的分布特征，获得导热系数随着温度的变化关系。结果表明：传热建立稳态后平板之间的气体压力是均匀的，且与初始Knudsen数成反比，冷端（下方平板）附近的气体密度较大，Knudsen数较小，属于连续流动，热端（上方平板）附近的气体密度较小，Knudsen数较大，属于滑移流动。上下方平板附近均存在温度跳跃现象，初始Knudsen数越大，温度跳跃越明显，下方平板温度跳跃较小，上方平板温度跳跃较大。在我们考虑的压力范围，导热系数与气体压力无关，仅仅是气体温度的幂律函数，且导热系数的DSMC模拟结果与现有文献中的数据一致，验证了结果的可靠性。
2025 Vol. 46 (4): 535-541 [
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542
校准点数量分布对CTD(温度)校准结果的影响研究
牛兴军 李婷 陈钊 孙淑慧 刁新源 王光耀 魏传杰
1针对8点(0℃~35℃)盐深测量仪CTD(测量精度±2mK)校准周期长、成本高现状，本文基于高精度海水恒温槽校准装置统计了30台CTD校准结果，初步探索了CTD校准点数量(4、6、8)分布对其校准结果影响。4点分布校准结果基本可以满足其测量精度 (±2mK)范围内，但约占三分之一的CTD总有部分温度点拟合残差超出测量精度，无法满足高精度的CTD校准。6点(35℃、25℃、15℃、10℃、5℃、0℃)校准结果全部在其测量精度 (±2mK)范围内，满足测量精度 (±2mK)的CTD校准。选择CTD(11858)评估其校准重复性、校准偏差，6点和8点的校准重复性分别是0.8mK、0.5mK；6点和8点的校准偏差都在0.5mK内。校准不确定度优于U=1.5mK(k=2)，实验结果表明6点(35℃、25℃、15℃、10℃、5℃、0℃)校准替代8点校准具有可行性。研究结果有助于缩短CTD校准周期、降低校准成本，提高海洋调查效率、保障海洋调查数据质量。
2025 Vol. 46 (4): 542-547 [
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548
镓熔点至铟凝固点温度范围线性内插方程的探索与不确定度分析
兰康 方立德 赵晶
White和Rouke在2020年的研究中，简略提及了镓熔点至铟凝固点的温标线性内插方程，但没有进行深入讨论与误差分析。本文基于马西森定则，对该线性内插方程进行了推导。依据2021年版《1990年国际温标导则》，对此线性内插的不确定度进行了分析验证， 并使用47支高质量标准铂电阻温度计的检定数据来计算该内插方程的非一致性；使用4支标准铂电阻温度计进行实验并计算非唯一性。实验与计算结果显示，重叠分温区非一致性平均最大值为0.26 mK，平均标准偏差为0.28 mK；非唯一性为0.16 mK；传播不确定度为0.33 mK；合成不确定度为0.43 mK。该线性内插方程简单精确，复现性好。同时，在对传播不确定度的分析中发现，水三相点测量不确定度不影响此线性内插。该特性表明，此方程与1990国际温标内插方程有明显区别。
2025 Vol. 46 (4): 548-554 [
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555
预测性混合体系跨接比容平移SRK状态方程与计算性能评价
汪尔奇 卿康 杨震 段远源
超临界流体在先进能源系统和低品位热能利用等领域有广泛应用，对其热力学性质的准确描述是系统设计和分析的基础。由于流体近临界时剧烈的密度涨落和物理性质的奇异性，经典状态方程在近临界区域失效。基于重整化群理论的跨接方法可使状态方程有效描述近临界的热力学性质，但其参数确定依赖于实验数据的拟合，而混合体系相对于纯净物实验数据更加稀少，这种方法的适用性和计算性能有待研究。本文采用Kiselev跨接方法结合比容平移SRK状态方程（VTSRK方程）建立了纯净物的跨接VTSRK状态方程，不依赖于实验数据，能够对自然工质CO2和HFO类工质实现从常规区到近临界区域的可靠预测。在纯净物方程的基础上，构建了具有预测性能的混合体系跨接VTSRK状态方程，文章针对CO2和HFO类混合体系，评估了跨接方程在临界参数和pvTx性质上的计算性能，其中预测的临界温度的平均相对偏差仅为0.53%，预测的pvTx性质对大多数实验点在1%偏差以内。混合体系跨接VTSRK状态方程与实验数据一致性良好，展现了对非缔合流体混合物较强的预测性能。
2025 Vol. 46 (4): 555-564 [
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565
基于DA-SVM-SHAP杂化策略的直接接触式蒸发器换热系数可解释性预测
谭银珍 杨凯 张晓雪 姚钦文 王华 肖清泰
针对冶金过程低温余热回收系统中直接接触式蒸发器换热系数影响因素众多，依靠传统关联式难以描述其复杂的非线性关系的难点，本文提出利用蜻蜓优化算法（Dragonfly Algorithm，DA）对支持向量机（Support Vector Machine，SVM）算法进行优化，以强大的拟合能力实现对直接接触式蒸发器换热系数的智能化预测。研究结果表明，DA-SVM算法能够以导热油进口温度、导热油出口温度、有机工质出口温度、蒸汽流量和有机工质吸收热量为输入变量，以直接接触式蒸发器换热系数为输出变量。与反向传播神经网络、极限学习机、核极限学习机和极端梯度提升树等四个预测模型相比，DA-SVM模型的均方根误差降低了10.5%，决定系数提高了2.6%。利用SHAP值成功解释了输入变量对DA-SVM模型预测性能的贡献程度。因此，DA-SVM-SHAP模型能够实现高精度预测直接接触式蒸发器换热系数，并进一步可视化分析说明各个输入变量与换热系数预测结果间的关联程度，在换热过程非线性关系建模方面展现出较大优势。基于上述，本研究为进一步优化冶金过程低温余热回收系统的工况参数、提高直接接触式蒸发器换热性能提供了可靠依据。
2025 Vol. 46 (4): 565-573 [
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574
基于超连续激光积分反射的材料可见近红外光谱发射率测量研究
王荣凯 安保林 赵云龙 车德路 卢小丰 翟慧星 王瑞祥 董伟
发射率是评价太阳能功能涂层材料性能的重要指标，实验测量是获取材料发射率的基本手段。现有实验在（600-1100）nm波段一般采用积分球反射法测量材料发射率，而光源系统目前存在低发射率样品测量信号值较低等局限性，导致系统测量不确定度增加，对于实现高精度的太阳光谱辐照度测量构成了挑战。因此，本文采用了超连续谱激光器作为光源，提高短波范围的测量信噪比，进一步设计并搭建相应的测量系统。开展不同光源系统的性能研究，评价系统的信噪比值大小；通过分析超连续激光器不同输出功率下测量发射率的准确性和稳定性，选定4.1W输出功率的条件下开展实验。选用经光学所标定的Pyromark 2500涂层，开展了常温条件下的测量结果可靠性验证，对不同样品在（600-1100）nm波段、测量温度范围（300-373）K内的光谱发射率测量。实验结果表明，常温样品发射率测量结果与标定值相对偏差在0.4%以下，进而开展了不同温度下的不确定度分析，相对标准不确定度约为2.5%。
2025 Vol. 46 (4): 574-579 [
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580
低温相变蓄冷材料热物性研究
张雪冰 张云照 刘斌 赵松松
随着相变蓄冷材料在冷库中的广泛应用，相变蓄冷材料的热物性研究对其在冷库的应用有着重要影响。为探究不同浓度的SH-7溶液的热物性，制备了质量分数为5%、10%、15%、20%以及25%的SH-7溶液，测试了各浓度溶液的相变温度、相变潜热、导热系数、比热容、过冷度、释冷时间和冻融循环稳定性，并计算了材料的热扩散系数。结果表明：SH-7溶液的浓度变化对其热物性存在重要影响，相变温度和相变潜热随SH-7溶液浓度的增大而减小；导热系数随溶液浓度的升高而下降；不同浓度的SH-7溶液的过冷度均在2.7℃之内；释冷时间随浓度的不断增大而减小。当SH-7溶液的浓度为5%时，其热物性最好，溶液的相变温度为-3.47℃，相变潜热为267.5J/g，导热系数为0.5268 W/m·K，热扩散系数为0.1726mm2/s，过冷度为1.3℃，释冷时间为16.8min。在经过50次冻融循环后，溶液的相变温度及相变潜热未发生明显变化，溶液过冷度及释冷时间无明显变化，该低温复合相变蓄冷材料的稳定性良好，实用性较高可重复使用。该研究结果可以为相变材料在冷库领域的研究与应用提供参考。
2025 Vol. 46 (4): 580-586 [
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587
基于主动式双红外激光反射技术的低发材料表面真温测量研究
章欣达 王赫 赵云龙 安保林 董伟
主动式双红外激光反射技术针对材料发射率未知条件下的表面真温测量具有独特优势。但是，对于主动式双红外激光反射测温的测量模型，目前国外机构在定标样品表面辐射特性与测量结果关联规律方面的认识不够充分，且国内的实验研究较为匮乏。本文采用980nm和1550nm的激光器搭建了一套基于主动式双红外激光反射法的表面真温测量实验系统，研究了漫射和镜面反射的定标样品对测温偏差的影响特性，在1073K附近温区开展了表面真实温度测量研究，并与基于热电偶外推得到的物体表面真实温度开展对比分析。结果表明：对于所选的材料，两者温度的相对误差在1％~3％之间，良好的一致性验证了主动式双激光反射辐射测温技术在物体表面真实温度测量中的可行性。
2025 Vol. 46 (4): 587-593 [
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594
基于直接法的FTIR红外光谱测量系统辐射源尺寸效应研究
王钢 宋旭尧 赵云龙 李志彬 安保林 宦克为 董伟
辐射源尺寸效应（SSE）是影响辐射测量的重要不确定度来源之一。本文基于直接测量SSE的方法，采用溯源至中国计量科学研究院（NIM）高温基准的变温黑体辐射源，对NIM搭建的傅里叶变换红外光谱仪光谱测量系统（FTIR系统）进行了SSE实验研究。实验测量了R976型腔式黑体辐射源的短期温度稳定性与炉口温度均匀性，并对FTIR光谱测量系统的外置光学系统进行了SSE优化实验研究，分析了光学系统中不同直径视场光阑和限制光阑对FTIR系统辐射源尺寸效应的影响。结果表明：辐射源直径为50mm时，光学系统中限制光阑和视场光阑直径分别为35mm和10mm时，3.9μm波长处SSE对FTIR系统的影响小于2×10^(-3)。
2025 Vol. 46 (4): 594-599 [
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600
声学法测量气相黏度的实验方法探索
谭颖 彭夏尧 杨震 张凯 段远源
针对传统黏度测量方法难以满足测量高精度、热力学平衡态气相黏度需求的问题，提出使用声学法测量气相黏度。该方法通过在共鸣腔内产生共振并解析其中声波能量耗散机制来获得气相黏度。利用具有特殊设计的双腔结构，大大提高粘性耗散在声波能量耗散中的占比，从而能够从共鸣腔的频率响应获知黏度。初步探索了声学法测量气相黏度的基本原理与黏度修正方法，声波能量耗散主要由粘性边界层、热边界层和腔体体积效应造成，利用逆品质因数法可对气相黏度进行热边界层和腔体体积效应修正，获得更加精确的气相黏度。在此基础上，建立了包含双共鸣腔的实验本体、共振频率测量系统、温度测量与控制系统以及压力测量与配气系统等的完整气相黏度测量实验系统，为后续开展气相黏度高精度测量奠定了实验基础。
2025 Vol. 46 (4): 600-606 [
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607
采用脉冲激振法研究Zr-4锆合金弹性模量
陈波全 王美玲 陈雨航 王朋飞 吕俊男
采用脉冲激振法研究了国产Zr-4合金板材、管坯、管材和棒材的杨氏模量和剪切模量。在压水堆包壳服役温度范围内，不同型材及典型取样方向下Zr-4合金杨氏模量和剪切模量分别相差不超过10%。室温至400℃之间，不同型材杨氏模量差值在3.1GPa~3.9GPa范围内，相差约4%~5%；剪切模量差值在1.0GPa~2.3GPa范围内，相差约3%~9%。棒材等效泊松比随温度增加无显著变化，板材等效泊松比随温度增加而明显增加，管坯等效泊松比随温度增加略微降低但变化较小。
2025 Vol. 46 (4): 607-613 [
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614
CO2混合工质的气液相平衡预测方法对比研究
徐畅 张楠 胡芃
为了研究适用于CO2混合工质气液相平衡性质的预测方法的性能和可靠性，建立了三种预测模型（PRvdW状态方程法、PSRK基团贡献法、COSMO方法）对17种含CO2混合工质的气液相平衡性质进行预测，并与公开发表的实验数据进行对比。计算结果表明，PSRK模型和PRvdW模型预测精度接近，较优于COSMO模型。对于CO2+HCs类混合工质，COSMO模型的计算误差随着另一工质碳原子数的增加而增大，通过对超额吉布斯自由能的模拟分析了误差来源。最后，使用三种模型结合共沸点判据成功用于CO2+ethane混合工质的共沸点预测。
2025 Vol. 46 (4): 614-620 [
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信息动态
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《计量学报》“生物计量”专刊征稿通知
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《计量学报》变更为月刊公告
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关于征集2019-2021年度“青年人才托举工程”托举人选的通知
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关于召开“第12届中日韩计量测试学术研讨会”通知
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关于开展“2019年度中国计量测试学会科学技术进步奖”推荐工作的通知
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快讯︱《计量学报》2019年增刊征稿啦！
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电子专刊阶梯波研究论文专辑
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关于召开“纪念5.20世界计量日学术报告会”的通知
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主办单位：
中国计量测试学会
出 版：
计量学报编辑部
周 期：
月刊
编 辑：
计量学报编辑委员会
主 编：
崔丽红
邮发代号：
2-798
国内定价：
全年1200.0元
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