流体迁移性质分子动力学研究及基于MEMS传感器黏/密度实验系统研制

发布时间：2024-04-22 01:50

　　高精度的迁移性质数据具有广阔的应用前景,包括基本物理常数或物理量的精密确定、高质量黏度数据体系的建立和新的压力基准和温度基准的建立。对于常见的热物理性质,测量不确定度已经接近了实验技术的极限,需要采用理论方法进行研究,寻找获取热物性数据的新途径。传统的热物性实验装置具有测量精度高、温度和压力范围广的特点,但是设备的重量、体积较大,测试时间和样品量较多。MEMS传感器具有尺寸小、重量轻、响应快等优点,开展MEMS热物性实验系统研究有望满足实际的工程需要,为在线测量奠定基础。本文从理论和实验两个途径上分别开展了研究。根据分子动力学理论研究稀薄气体的迁移性质,在此基础上,结合Vesovic-Wakeham理论研究稠密流体的黏度预测,同时,开展了基于MEMS传感器的黏度/密度实验系统的研究。所取得的成果主要有:1.根据分子动力学理论,采用第一性原理势能,计算了多种单原子气体和双原子气体低密度时的迁移性质。单原子气体包括,氦气及其同位素(氦-4、氦-3、氦-4/氦-3)、氩气和四种稀有气体混合物(氦/氖、氦/氩、氖/氩和氩/氪),双原子气体为氢气、氘气、氢/氘混合物。计算的迁移性质包括黏度、热导...

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图1-1微型振动板传感器[44]

由振动参数计算密度和黏度数据。美国斯伦贝谢公司的Goodwin等[44-47]研制了一种微型振动板式传感器，如图1-1所示，用于流体密度和黏度的测量，在实验室条件下测试了微型传感器在不同流体中的工作性能，测量了氩气、氮气、水、甲烷、辛烷、甲苯、丙烯等物质的密度和黏

图1-2微型光学传感器工作原理

图1-2微型光学传感器工作原理[49]际生产过程中密度和黏度的重要性，且目前国内还没有开于MEMS的密度/黏度传感器实验系统研究具有十分重要要研究内容热物性研究现状进行梳理可以发现，有必要从理论与实验在本文中，开展的工作主要有：力学理论，采用第一性原理势能系统计算单（双）....

图2-1Lennard-Jones(12-6)势能选取相互作用的两个分子为研究对象，系统的动能包括两个部分，一个是系统整体运动的能量，另一个是分子间相对运动的能量

上述假设的基础上，可以由分子的微观运动推导气体迁移性质的计算方于稀薄状态时，分子间的距离较远，可以认为分子之间的碰撞为两两碰个或三个以上分子同时作用的情况。此时，分子之间的相对运动由他们决定，分为引力和斥力。以简单的单原子分子为例，分子间作用力只和关，因此分子间势能V同样只决....

图3-1氦-4黏度实验数据ηexp和本文计算值ηcal的相对偏差

度实验数据ηexp和本文计算值ηcal的相对偏差。实验数据：■Joh]；○Ross等[59,60]；●Kao和Kobayashi[61]；◇Smith等[62-64]；△Vogel[66]；▽Evers等[67]；▼Berg[68,69]；◆Seib....

本文编号：3961750