振動盤粘度計的研制及流體粘度的分子動力學模擬研究
點擊次數(shù)：2934 更新時間：2012-06-29
粘度是流體介質(zhì)的一個重要基礎(chǔ)物性。它在熱力工程、化學工程及很多工程應(yīng)用中均有重要意義。粘度的研究方法有多種，其中由于理論以及經(jīng)驗、半經(jīng)驗公式進行的流體粘度研究要么精度不高、要么適用范圍非常有限，所以可靠的數(shù)據(jù)還是來源于試驗。
氣體粘度的試驗一向比較少，這是因為氣體粘度小而難于測量。目前國外進行氣體粘度試驗研究主要采用振動盤粘度計。振動盤粘度計的測量理論繁瑣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、各部件加工要求高、制作困難、設(shè)計和安裝都需要考慮多種因素的相互影響。本文對振動盤粘度計的測量理論進行了深入研究，分析了在相對測量中采用虛部方程處理數(shù)據(jù)的原因，及直接測量參量的不確定度對zui終結(jié)果的影響。在此基礎(chǔ)上研制了我國*臺振動盤粘度計。研制中經(jīng)多種方案的比較，制作了石英絲和鈦鎳絲兩種懸掛系統(tǒng)；并根據(jù)試驗臺的要求制作了8031單片機信號采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了高精度、大容量數(shù)據(jù)采集；針對我國現(xiàn)有加工水平，設(shè)計制作了手動激振和干式加熱及溫控系統(tǒng)；并針對數(shù)采系統(tǒng)編制了大量數(shù)據(jù)處理軟件。試驗中發(fā)現(xiàn)了影響系統(tǒng)誤差的一個新的因素——振動相位角的影響，文中對此進行了仔細分析。針對系統(tǒng)誤差可能產(chǎn)生的影響，從測量方法和測量軟件兩個方面進行了改進，使測量精度有較大提高。
利用上述所建試驗臺位，作者進行了HFC152a和HFC125氣體粘度的測量研究。HFC152a和HFC125是用以替代CFC12和CFC22的中、遠期混合替代物的組分。本文測量了HFC152a氣體的27個狀態(tài)點的粘度，與文獻值比較平均偏差2.9％，zui大偏差7.4％。HFC125氣體粘度的數(shù)據(jù)在文獻中至今未見有發(fā)表，本文測量了40個粘度數(shù)據(jù)，測量范圍為286K至372K、0.3MPa至近飽和壓力，所測數(shù)據(jù)可填補這方面的空白。
利用計算機模擬技術(shù)計算流體的物性是物性研究與計算機模擬交叉產(chǎn)生的一個新的學科分支。用計算機模擬可以得到試驗上難以測量的一些物性數(shù)據(jù)，并可作為檢驗理論和模型的一種有效手段。本文利用非平衡分子動力學方法自編程序?qū)逶谌帱c的粘度進行了模擬計算，并針對模型的特點，用預(yù)估—校正思想改進了Verlet算法，計算結(jié)果與文獻的計算值和試驗值很接近，表明該算法與所編程序可靠、正確。該項工作可為深入研究流體遷移性質(zhì)的計算機模擬打下基礎(chǔ)。
