今天跟大家唠唠我最近在研究的“维里”,这玩意儿听起来高大上,但就是描述真实气体状态的一个修正系数,让咱们这些搞工程的,能更准确地算东西。
我是被一个项目给逼的。那项目是关于高压气体储存的,之前一直用理想气体状态方程凑合,结果算出来的东西跟实际情况差了老远。领导直接拍桌子,说:“你这误差都赶上我血压了!赶紧给我搞准点!”
得,只能硬着头皮啃。
我先是上网查资料,各种“维里系数”、“状态方程”、“偏离度”...看得我头都大了。这玩意儿公式一堆,符号满天飞,感觉回到了高数课堂,只想睡觉。
后来我发现,不能光看理论,得结合实际。于是我就开始找各种实际气体的实验数据,然后对着那些状态方程,一个一个的试。
我记得是用 Excel 做的。先把实验数据输进去,然后把维里状态方程的公式搬到 Excel 里,让它自己算。结果...Excel 直接卡死了。数据量太大,公式又复杂,Excel 根本跑不动。
不行,得换工具。
然后我就上了 Python。这玩意儿好使,各种科学计算的库都有,算起来快多了。我用 NumPy 搞数据处理,用 SciPy 搞数值计算,用 Matplotlib 画图,一套下来,效率提升了不少。
但是,问题又来了。维里系数这玩意儿,它不是一个常数,它是温度的函数。也就是说,不同的温度,维里系数的值不一样。我得找到维里系数随温度变化的规律,才能把状态方程搞准。
这可把我难住了。
我又开始啃文献,找各种气体的维里系数数据。好不容易找到了一些,但是数据点太少,规律根本看不出来。
没办法,只能自己想办法。
我想了个土办法:插值。
我先把找到的维里系数数据点画在图上,然后用各种插值方法,把数据点之间的空隙填满。线性插值、样条插值、多项式插值...挨个试,看看哪个插值结果最靠谱。
我发现样条插值效果最插出来的曲线比较平滑,符合物理规律。
有了维里系数随温度变化的曲线,我就可以把状态方程搞准了。我把插值出来的维里系数代入状态方程,然后用实验数据验证。结果...还是有误差。
我开始怀疑人生了。
难道是我的方法有问题?
我又重新审视了一下整个过程,发现问题可能出在实验数据上。实验数据本身就存在误差,再加上插值带来的误差,误差就会越来越大。
得,还得想办法。
我想了个更土的办法:拟合。
我把插值出来的维里系数曲线,用一个简单的函数拟合出来。这样就可以减少插值带来的误差。
我用的是多项式拟合。先用一个二次多项式拟合,看看效果。不行,误差太大。再用一个三次多项式拟合,效果稍微好一点。我用一个五次多项式拟合,效果终于可以接受了。
有了拟合出来的维里系数函数,我就可以把状态方程搞得比较准了。我把拟合出来的维里系数函数代入状态方程,然后用实验数据验证。结果...误差终于降到了可以接受的范围内。
我长舒了一口气。
总算搞定了!
这回的经历告诉我,搞工程不能光靠理论,还得结合实际。理论是指导,实践是检验。只有把理论和实践结合起来,才能把问题真正解决。
我的方法可能不是最完美的,肯定还有改进的空间。以后有机会,我会继续研究,争取把状态方程搞得更准。
希望这回的分享能对大家有所帮助。如果大家有什么更好的方法,欢迎一起交流学习!
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