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：3477 更新時間：2012-06-29
粘度是流體介質的一個重要基礎物性。它在熱力工程、化學工程及很多工程應用中均有重要意義。粘度的研究方法有多種，其中由于理論以及經驗、半經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，所以可靠的數據還是來源于試驗。
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、結構復雜、各部件加工要求高、制作困難、設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據的原因，及直接測量參量的不確定度對zui終結果的影響。在此基礎上研制了我國*臺振動盤粘度計。研制中經多種方案的比較，制作了石英絲和鈦鎳絲兩種懸掛系統；并根據試驗臺的要求制作了8031單片機信號采集系統，實現了高精度、大容量數據采集；針對我國現有加工水平，設計制作了手動激振和干式加熱及溫控系統；并針對數采系統編制了大量數據處理軟件。試驗中發現了影響系統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。針對系統誤差可能產生的影響，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氣體粘度的數據在文獻中至今未見有發表，本文測量了40個粘度數據，測量范圍為286K至372K、0.3MPa至近飽和壓力，所測數據可填補這方面的空白。
利用計算機模擬技術計算流體的物性是物性研究與計算機模擬交叉產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據，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對氬在三相點的粘度進行了模擬計算，并針對模型的特點，用預估—校正思想改進了Verlet算法，計算結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的計算機模擬打下基礎。
