شبیه سازی و استخراج داده های ترمودینامیکی

1. مقدمه و زمینه پروژه هدف شبیه‌سازی رفتار گاز طبیعی مایع (LNG) سه‌جزئی (متان، اتان، و CO₂) و تحلیل رفتار ترمودینامیکی مخلوط و ارزیابی شرایط عملیاتی است. برای تحلیل رفتار مخلوط، نیاز به داده‌های دقیق از نرم‌افزار Aspen Plus وجود دارد. 2. فرضیات و تنظیمات پایه برای شبیه‌سازی‌ها برای اطمینان از سازگاری نتایج، لطفاً تمامی شبیه‌سازی‌ها بر اساس ماتریس پارامتریک و فرضیات زیر انجام شوند: • اجزای سیستم: متان (CH₄)، اتان (C₂H₆)، دی‌اکسید کربن (CO₂). • معادله حالت: از معادله Peng-Robinson (PR) برای تمام فازها (مایع، بخار، جامد) استفاده کنید. پارامترهای تعاملی باینری (BIPs) را از پایگاه داده Aspen یا مراجع معتبر (مانند NIST) استخراج کنید. • محدوده‌های عملیاتی: o غلظت CO₂ (کسر مولی): 0.5٪، 1٪، 3٪، و 5٪. o فشار مطلق: 10، 15، 20، 25، 30، 35، و 40 بار. o دمای کاری: 90 تا 190 کلوین، با گام دمایی 5 K برای داده‌های کلی و گام 1 K در بازه ±20 K حول دمای انجماد پیش‌بینی‌شده CO₂ برای هر سناریو (ترکیب و فشار). o ترکیب پایه LNG: محاسبات را برای دو نسبت پایه متان به اتان (در بخش هیدروکربنی) انجام دهید:  95٪ متان - 5٪ اتان  90٪ متان - 10٪ اتان • فرضیات انجماد CO₂: از تعادل ترمودینامیکی جامد-مایع-بخار (VLSE) بدون سینتیک انجماد استفاده کنید. خواص فاز جامد CO₂ (چگالی ≈ 1560 kg/m³، گرمای نهان انجماد ≈ 193 kJ/kg) را از NIST یا Aspen Properties استخراج کنید. 3. خروجی‌های مورد درخواست (Deliverables) خروجی‌ها در بخش‌های مجزا و به‌صورت ساختاریافته ارائه شوند. بخش اول: جداول جامع خواص فیزیکی (Property Tables on a Dense Grid) برای هر ترکیب اصلی (غلظت CO₂ و نسبت پایه LNG) در فشارهای مشخص‌شده، جدول کاملی در محدوده دمایی 90 تا 190 کلوین تولید کنید (گام 5 K، و گام 1 K در بازه ±20 K حول دمای انجماد CO₂ برای هر سناریو). هر سطر شامل: • فشار (bar) و دما (K) • وضعیت فاز (مایع، بخار، دوفازی، سه‌فازی) • کسر مولی کل هر فاز (مایع، بخار، جامد) • ترکیب (کسر مولی) هر جزء در هر فاز • خواص هر فاز: چگالی (kg/m³)، ویسکوزیته (Pa·s)، ظرفیت گرمایی ویژه (J/kg·K)، رسانایی حرارتی (W/m·K) • آنتالپی کل مخلوط (J/kg) بخش دوم: استخراج روابط همبستگی (Polynomial Fits) برای پیاده‌سازی در مدل عددی، روابط چندجمله‌ای وابسته به دما و فشار برای خواص زیر (در فازهای مایع و بخار) استخراج کنید: • چگالی (ρ)، ویسکوزیته (μ)، ظرفیت گرمایی (Cp)، رسانایی حرارتی (k) خروجی شامل ضرایب چندجمله‌ای، نمودارهای کیفیت برازش (Fit Quality)، و بازه دما و فشار معتبر برای هر رابطه (90-190 K و 10-40 بار) باشد. لطفاً خطای برازش (مثلاً (R^2) یا RMSE) را برای هر رابطه گزارش دهید. بخش سوم: داده‌های مرجع تکمیلی • محاسبات نقطه حباب (Bubble Point): برای هر ترکیب و فشار، دمای اشباع و ترکیب فاز بخار متناظر را محاسبه کنید. • محاسبات نقطه شبنم (Dew Point): برای هر ترکیب و فشار، دمای اشباع و ترکیب فاز مایع متناظر را محاسبه کنید. • جدول و نمودار مرز انجماد CO₂: برای هر ترکیب (غلظت CO₂: 0.5٪، 1٪، 3٪، 5٪ و نسبت‌های متان/اتان) و فشارهای 10-40 بار (گام 5 بار)، جدول/نموداری ارائه دهید که دمای شروع انجماد CO₂ و کسر جرمی فاز جامد ((x_{CO2,s})) را نشان دهد. از معادله PR با فرض تعادل ترمودینامیکی VLSE و بدون سینتیک انجماد استفاده کنید. خواص فاز جامد CO₂ (چگالی ≈ 1560 kg/m³، گرمای نهان انجماد ≈ 193 kJ/kg) را از NIST یا Aspen Properties استخراج کنید. در جدول Excel/CSV، ستون‌های فشار، ترکیب، دمای انجماد، کسر جرمی جامد، و توضیح مدل/داده‌های استفاده‌شده را ارائه دهید. • گزارش اعتبارسنجی اولیه: گزارشی کوتاه ارائه دهید که نتایج کلیدی مدل (مانند دمای انجماد CO₂ و خواص فازها) را با داده‌های NIST برای حداقل دو نقطه نمونه (مثل CO₂ خالص در 1 و 10 بار) مقایسه کند. 4. فرمت و نحوه ارائه خروجی‌ها • داده‌های خام (بخش اول و سوم): در قالب فایل Excel یا CSV با ستون‌های واضح. • روابط همبستگی (بخش دوم): در فایل جداگانه شامل ضرایب، نمودارها، و بازه اعتبار. • گزارش نهایی: PDF با توضیح روش‌شناسی (مدل PR، تنظیمات VLSE، منابع داده)، نمودارهای کلیدی (مثل مرز انجماد)، نتایج اعتبارسنجی، و اسکرین‌شات‌های تنظیمات کلیدی در Aspen Plus (مانند بسته خواص، ماژول Flash، و تنظیمات Sensitivity Analysis). • فایل شبیه‌سازی: فایل نهایی شبیه‌سازی Aspen Plus (.bkp) را برای امکان بازبینی و اجرای مجدد ارائه دهید. 5. مدیریت پروژه و نکات تکمیلی • تست اولیه: پیش از محاسبات کامل، نمونه کوچکی (مثل جدول خواص و انجماد برای یک ترکیب و فشار) برای بررسی فرمت ارسال شود. • زمان‌بندی و تحویل: خروجی اولیه تا 1 آبان 1404، گزارش کامل و فایل .bkp تا 15 آبان 1404.