振動盤粘度計(jì)的研制及流體粘度的分子動力學(xué)模擬研究
點(diǎn)擊次數(shù)：3571 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(xué)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(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)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(yàn)。
氣體粘度的試驗(yàn)一向比較少，這是因?yàn)闅怏w粘度小而難于測量。目前國外進(jìn)行氣體粘度試驗(yàn)研究主要采用振動盤粘度計(jì)。振動盤粘度計(jì)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(jì)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(jì)的測量理論進(jìn)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(jì)。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(yàn)臺的要求制作了8031單片機(jī)信號采集系統(tǒng)，實(shí)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(jì)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(yàn)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(jìn)行了仔細(xì)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(jìn)行了改進(jìn)，使測量精度有較大提高。
利用上述所建試驗(yàn)臺位，作者進(jìn)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(yuǎn)期混合替代物的組分。本文測量了HFC152a氣體的27個狀態(tài)點(diǎn)的粘度，與文獻(xiàn)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(xiàn)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(bǔ)這方面的空白。
利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)計(jì)算流體的物性是物性研究與計(jì)算機(jī)模擬交叉產(chǎn)生的一個新的學(xué)科分支。用計(jì)算機(jī)模擬可以得到試驗(yàn)上難以測量的一些物性數(shù)據(jù)，并可作為檢驗(yàn)理論和模型的一種有效手段。本文利用非平衡分子動力學(xué)方法自編程序?qū)逶谌帱c(diǎn)的粘度進(jìn)行了模擬計(jì)算，并針對模型的特點(diǎn)，用預(yù)估—校正思想改進(jìn)了Verlet算法，計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)的計(jì)算值和試驗(yàn)值很接近，表明該算法與所編程序可靠、正確。該項(xiàng)工作可為深入研究流體遷移性質(zhì)的計(jì)算機(jī)模擬打下基礎(chǔ)。
