双圆柱定程干涉法测量空气黏度

本文通过改变声波信号的频率,在一个固定尺寸的封闭型双圆柱腔体内形成驻波的方法测量空气的黏度.基于声学微扰理论,空气黏滞性会造成声波传播过程中能量的耗散,导致实际共振频率偏离理想共振频率.利用扫频仪得到频谱图,通过读取频谱图上空气的实际共振频率,与理论计算得到的频率进行对比,最后计算出空气的黏度.本文首先测量了室温下24.5℃时空气的黏度,测量结果为1.78×10^(-5)pa·s,与公认值较吻合,相对误差为2.94%.进一步测量了不同温度下的空气黏度,验证了空气黏度随温度升高而增大的规律.

圆柱定程干涉法确定工质的第二维里系数

通过圆柱定程干涉法测量了Ar在270～333.15K,压力至1000kPa的声学共振频率,修正了热边界层、黏性边界层、声波导管、壳体振动等非理想因素对共振频率测量的影响。通过拟合声学共振频率获得了Ar的第二声速维里系数,实验结果与文献中圆球定程干涉法的测量结果具有较好的一致性。通过第二声速维里系数回归了方阱势能模型的参数,根据回归结果计算了Ar的第二维里系数,在150～450K范围与标准状态方程的计算偏差小于0.4cm3.mol-1。通过圆柱定程干涉法确定的第二维里系数与圆球定程干涉法的精度相当。

圆柱定程干涉法纯轴向模式间声速测量结果不一致性分析

气相声速是流体的基础热物理性质,圆柱定程干涉法是最精确的气相声速测量手段之一。纯轴向共振模式(以下简称纯轴向模式)是圆柱定程干涉法测量声速的常用模式,但不同纯轴向模式测量结果间存在不一致性。本文从声学共振和耗散理论的基本原理出发,结合实验测量数据,分析实验测量中的各类非理想影响因素,揭示了纯轴向模式间出现不一致性的内在机理,为圆柱定程干涉法测量的模式选择提供了理论依据。研究结果表明:奇数和偶数模式在壳体开孔和壳体振动影响方面各有优势;对于奇偶性相同的模式,模式数越大的共振模式受到边界层效应影响越小而受到分子弛豫的影响越大:在远离共鸣腔固有频率的区域内,对于模式数相差不大的纯轴向模式,其测苗结果经修正后,不一致性可降至较低水平。

在确定的热力学状态下测量气体导热系数与黏度

气体的导热系数和黏度是重要的热物性参数,其数值大小取决于所处的热力学状态。在目前的导热系数和黏度主要测量方法中,待测工质在测量时需经历非定常的过程或处于具有物性梯度的非平衡态之下,使得待测工质的物性在时间或者空间上不处于一个确定的热力学状态。本文利用圆柱定程干涉法,通过分析气体导热系数和黏度导致的声波能量耗散,结合气体输运理论中对稀疏气体的描述,探索了在确定的热力学状态下同时测量气体导热系数和黏度的方法,并以氩(Ar)为例进行了实验验证。测量结果与已有文献一致性较好,初步证实了方法的可行性。

高压气体声速精密测量系统的研制与测试

声速是目前可测量准确度最高的热物性之一,也是热力学基础研究和工程应用的重要基础参数。本文基于圆柱定程干涉法原理,建立了国内首套可测量至高压(6 MPa)的精密声速测量系统,解决了高压气体声速测量的关键问题,极大拓展了国内已有实验系统的测量范围(1 MPa),也是国际上首次将圆柱声学共鸣腔应用于1 MPa以上而且测量不确定度达到0.01%的成功尝试。新建立的实验系统包括声学圆柱共鸣腔及耐高压压力舱、频率测量系统、温度测量系统、高压压力测量系统、高压进气及真空系统。实验测试结果显示,新系统的声速测量不确定度小于0.01%,可应用于温度从220 K至440 K,压力高达6 MPa的气体声速测量。

吸附效应对气相声速测量的影响

吸附效应是热物性实验中普遍存在的一种现象。探讨了圆柱定程干涉法气相声速测量实验中存在的两类吸附效应,并分别分析了其行成原因;归纳了低压区气相声速实验中异丁烷吸附及解吸效应产生的压力变化规律;建立了低压区吸附效应对气相声速测量影响的模型,分析了吸附效应对异丁烷气相声速测量的影响。结果表明,当吸附与解吸引起的压力变化小于10Pa时,声速的相对变化小于1×10-5。接近饱和蒸气压时,吸附会导致共鸣腔壳体壁面形成一层薄液膜,壳体声导纳增加,频率半宽急剧增大,而气相声速测量值呈现较大的负偏差。