[20230404]根据实际气体状态方程求临界密度rhoc

        根据Maxwell Construction,可以求出气液共存密度,参考博主Maxwell Construction解法 - 知乎 (zhihu.com),根据等面积法则逼近气液共存状态,这对于远离临界压力的求解是相对准确的,然而如果要求解临界压力附近的气液密度,比如说我们就要求解临界密度,这样的求解方式存在局限性,存在数值误差,难以求得临界密度。


某一压力下的P-R状态方程P-V图

        我们以P-R方程为例:

p=\frac{R_gT}{v-b}-\frac{a\varphi (T)}{v^2+2bv-b^2}  ,整理得f(v)=v^3p_c+v^2(bp_c-R_gT)+v(-3p_cb^2-2RTb+a\varphi (T))+p_cb^3+RTb^2-a\varphi (T)b=Av^3+Bv^2+Cv+D=0

        当P<P_c时,存在三个不相等的实根,当P=P_c时,存在三个完全相等的实根,此时P的一阶导只存在一个零点,即二次方程 \frac{df}{dv}=3Av^2+2Bv+C=0 存在两个完全相同的实根,根据二元一次方程求根公式,我们很容易求得v,这就是临界点的比容,v=-\frac{(2B)}{2(3A)} ,其中A和B与系数a无关,及系数a不会影响临界密度。

    Matlab求解如下:

clear, clc;

a   = 2/49;

b   = 2/21;

R   = 1;

ome = 0.344;

Tc = 0.07779607 / 0.45723553 * a / (b * R);

Pc = 0.07779607 * R * Tc / b;

T   = Tc;

phi = (1 + (0.37464 + 1.54226*ome - 0.26992*ome^2)*(1 - sqrt(T/Tc)))^2;

% p   = R*T./(V - b) - a*phi./(V.^2 + 2*b.*V - b^2);

A=Pc*b^3+R*T*b^2-a*phi*b;

B=-3*Pc*b^2-2*b*R*T+a*phi;

C=Pc*b-R*T;

D=Pc;

%rho=Solve3Polynomial(A,B,C,D)

A1=Pc;

B1=b*Pc-R*T;

C1=-3*Pc*b^2-2*R*T*b+a*phi;

D1=Pc*b^3+R*T*b^2-a*phi*b;

%V=Solve3Polynomial(A1,B1,C1,D1)

A2=3*A1;

B2=2*B1;

C2=C1;

Delta=B2^2-4*A2*C2;

vc=-B2/(2*A2)

rhoc=1.0/vc

结果:

vc =

    0.3763

rhoc =

    2.6573

以下两篇文献的rhoc我觉得是错了:

Experimental and LBM simulation study on the effect of bubbles merging on flow boiling - ScienceDirect

Experimental and LBM simulation study on the bubble dynamic behaviors in subcooled flow boiling - ScienceDirect

参考代码:(12条消息) MATLAB实现一元三次方程求解/盛金公式_matlab解一元三次方程_TocI的博客-CSDN博客

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