21世纪在全球范围内，能源问题越来越成为人类的历史难题之一。为了应对环境污染及能源短缺问题，对于新型能源和清洁能源的研究也越来越重要。对于新能源汽车的探索也是全球研究的重点之一。本课题就选取天然气这种清洁能源来作为研究对象，天然气热物性参数是天然气应用流程的设计、运行中必不可少的基础数据。本课题以P-R状态方程为基础，设计天然气热物性计算软件。热物性参数主要包括密度、定压比热容、导热系数和动力粘度系数等，在不同温度和压力下，与已有热物性数据库对比，分析验证软件计算的精确度和可靠性。

天然气是存在于地下岩石储集层中以烃为主体的混合气体的统称。包括油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气等。主要成分为甲烷，通常占85-95%；其次为乙烷、丙烷、丁烷等。它是优质燃料和化工原料。本课题为了研究简便，将主要研究天然气中甲烷这单一成分来代替整体的物性特点。

目前国内对甲烷的热物性研究主要是应用于甲烷的运输和存储的研究。国际常用的天然气存储形式有液化天然气（LNG）、压缩天然气（CNG）、吸附天然气（ANG）三种方式。液化天然气的优点是能量密度高，缺点是工艺复杂，能耗高以及保养费用高。压缩天然气优点是能量密度较高，但是储罐自重大，操作费用高。吸附天然气的优点是经济安全，使用方便但是储量较低。吸附天然气的存储方式主要有分子筛、多孔碳材料以及金属有机框架化合物。

国内对甲烷的热物性研究主要基于范德华方程推导出的RK方程、RKS方程、P-R方程等来进行计算工作。主要集中于甲烷在管输天然气方面。杨帆、陈保东等[2]用P-R状态计算密度和粘度。P-R方程在计算天然气相平衡时具有较好的精度，以某液化天然气公司的LNG为例，采用P-R方程进行了气液相平衡的计算，并绘制成相图。该方程为液化天然气工艺流程模拟提供了理论依据。张成等[4]通过状态方程计算真实气体的物性参数。对于气体密度，通过解状态方程直接计算。对于定压热容，可用理想气体定压热容c的关联公式计算。真实气体的定压热容c，可以看成是理想气体的定压热容c加上一个剩余热容△c。所以计算剩余定压热容 △c成为为题的核心。从P-R状态方程出发，用牛顿迭代法求出真实气体的摩尔体积，然后用数值方法求P-R方程的过剩焓对温度的偏导数，从而得到真实气体的剩余等压热容，由此计算出真实气体的等压热容。给出了牛顿迭代方法和偏导数数值解法。编写求解程序，实际计算了一些烃类物质的等压热容。结果表明计算的误差可满足工程应用。

国外早在60年代初，阿尔及利亚就制造了大型的LNG液化装置，在这前后国外学者就开始了液化天然气热物性的研究，直到今日，已经有很多研究成果在液化天然气工业上得到了应用。Tingting Wang[13]提出了一种快速计算天然气热力学性质的方法。在超临界压力区，参考成分的计算模型是：首先通过将超临界压力区划分为三个部分并进行回归而建立每个分段分别基于隐式曲线拟合，然后基于组合的隐式曲线建立了拟合方程，从参考文献中扩展热力学性质计算，组合到任何可变组合。用这种方法，方程组的典型组成天然气包括C1、C2、C3、N-C4、N-C5和N2，涵盖了温度范围从零下170摄氏度到60摄氏度，压力范围从5兆帕到10兆帕。目前的方法大约比GERG-2008状态方程快10^4倍，平均偏差小于0.5%。M.Farzaneh-Gord[14]研究以AGA8状态方程（EOS）及热力学关系式为基础，讨论了天然气大部分热力学性质的详细数值计算方法。研究结果大大提高了天然气热力学计算的精度。R.Hernández-Gómez[15]利用磁悬耦合单沉子密度计获得的精确（P，ρ，t）实验数据，研究了由甲烷（50%）、二氧化碳（35%）、氮（10%）和一氧化碳（5%）组成的合成类沼气混合物的热力学行为。在西班牙国家计量研究所（Centro Espa_ol de Metrolog_a，CEM）采用重量分析法制备混合物，并在温度范围275至400K和压力高达20MPa的条件下进行了准确的密度测量。这项工作是由欧洲计量研究计划支持的“沼气计量”研究项目的一部分。实验数据与用GERG-2008状态方程计算的密度进行了比较。除较低温度275K和压力（6至15）MPa外，所有温度下实验密度和估计密度之间的偏差在±0.2%的范围内。

本次课题结合国内外研究的基础上进行分析，基于P-R状态方程利用现代计算机工具，设计出计算天然气热物性参数的软件。

2. 研究的基本内容与方案

1、进行国内外天然气热物性参数计算研究发展现状的调研，文献翻译及综述；

2、利用工程热力学等相关学科知识及参考文献，基于P-R状态方程，建立天然气热物性参数计算流程图；

3、运用Visual Basic软件设计制作天然气热物性计算软件，并与已有热物性数据库对比，分析验证软件计算的精确度和可靠性；

4、按照学院要求，对毕业设计进行总结，撰写毕业设计说明书。