表面光散射法液体黏度和表面张力实验系统研制

基于气液界面表面波理论和表面光散射原理,本文研制了表面光散射液体黏度和表面张力实验系统,实验系统包括,实验光路、耐高压样品池控温系统和数据采集和处理系统组成。实验系统压力测试范围为0~10 MPa,温度测试范围为283~400 K,温度波动度小于±10 mK/10 h。采用光频外差的方法提取液体表面波信息,并通过数值求解表面波色散方程获得液体黏度和表面张力。利用参考物质甲苯检验了实验系统,本文获得的黏度值与参考方程的最大偏差为1.3%,平均偏差为0.52%;表面张力值与拟合值的最大偏差0.39%,平均偏差为0.23%。通过不确定度分析,本文搭建的系统测量黏度和表面张力的不确定度为别为2%和1%。     

碳酸二甲酯黏度和密度的实验测量

采用振动弦黏度/密度计对碳酸二甲酯的黏度与密度进行了实验研究,测量的温度范围为283～353 K,压力范围为0.1～20 MPa.实验系统黏度和密度测量的不确定度分别为±2%和±0.2%.利用得到的实验数据,分别拟合了碳酸二甲酯黏度和密度的关联方程.黏度实验数据与方程的平均绝对偏差为0.47%,最大绝对偏差为2.06%;密度实验数据与方程的平均绝对偏差为0.04%,最大绝对偏差为0.14%.最后将实验数据与文献数据进行了比较.为碳酸二甲酯作为替代燃料等研究提供了基础数据.     

HFC-143a和HFC-236fa饱和蒸气压的实验研究

改进了Burnett法PVTx性质实验台,温度和压力测量的最大不确定度分别为±10 mK和±400 Pa。精确测量了50组HFC-143a的饱和蒸气压实验数据,提出了一个5项的HFC-143a饱和蒸气压方程,适用于161.34 K到临界温度。与文献数据比较表明,改进后的实验台精度令人满意。测量了77组HFC-236fa的饱和蒸气压实验数据,温度范围为253-396 K,压力范围为44-3064 kPa。根据本文实验结果,拟合得到了一个Wagner型饱和蒸气压方程,与文献数据进行了比较,计算得到了HFC-236fa的正常沸点和偏心因子值。     

利用乙醇音速计算其它热力学性质

光散射法音速测量的适用温度范围较广,且有时高温比定压热容相对于密度而言更容易获得实验数据.基于此,提出了一个由较高温度比定压热容推算得到较高温度密度的迭代算法.以乙醇为例,利用高温热力学性质推算模型得到298.15～418.15 K、1.0 MPa下乙醇的密度,与Schroeder状态方程的计算结果进行对比,二者的平均绝对相对偏差为0.0119％,最大偏差为0.0298％.此外,沿1.0 MPa等压线测量了298.45～423.02 K温度范围内乙醇的液相音速,测量的拓展相对不确定度为0.9％(置信因子取2).与Schroeder状态方程相比,298.15～418.15K、1.0～9.0 MPa下乙醇密度和比定压热容计算值的平均相对偏差分别为0.0072％和0.0067％,最大偏差分别为0.0298％和0.0290％.可以看出,高温热力学性质推算模型的密度计算精度与实验测量精度相当.     

球共振声学法测量普适气体常数

设计和建立了高精度的球共振声学法气体音速测量装置,分析了实际的球共鸣器的结构对共振频率的影响,并给予了相应的修正.测量了温度为29315K,压力在02MPa—08MPa范围内氩气的音速,并根据音速数据确定了普适气体常数.实验温度、压力和普适气体常数的不确定度分别为±14mK,±2kPa和±00036%.最终确定的普适气体常数R为831439±000030J·mol-1·K-1. 关键词： 普适气体常数 音速 球共振器 声学法     

1,1,2,2-四氟乙烷(R134)的饱和蒸汽压实验研究

在243.168～293.182 K的温度范围内,采用自行设计搭建的高精度可视化相平衡实验系统测量了1,1,2,2四氟乙烷(R134)的饱和蒸气压实验数据,温度和压力的测量不确定度分别小于5 mK和0.5 kPa。用Wagner型方程对实验数据进行了关联,并与文献数据进行了对比,获得了良好的一致性。     

二乙二醇二甲醚液相导热系数实验研究

本文利用瞬态单热线法对温度区间233～373 K、压力区间0.1～30 MPa的二乙二醇二甲醚(DMDE)的导热系数进行了实验研究,为替代燃料研究提供了基础数据,导热系数测量不确定度为±2%.实验数据拟合成导热系数关于温度和压力的方程,实验数据与拟合方程计算值的最大偏差为-2.56%,平均绝对偏差为0.91%.     

二乙二醇二甲醚密度和黏度的实验研究

采用振动弦黏度/密度计对二乙二醇二甲醚的密度和黏度进行了实验测量,测量的温度范围为243.15～323.15 K,压力范围为0.1～20 MPa。实验系统密度和黏度测量的不确定度分别为±0.2%和±2%。利用得到的实验数据,分别拟合了二乙二醇二甲醚密度和黏度的关联方程。密度实验数据与关联方程的平均绝对偏差为0.07%,最大绝对偏差为0.19%。黏度实验数据与关联方程的平均绝对偏差为0.83%,最大绝对偏差为2.20%。并对实验数据和文献数据进行了比较。为二乙二醇二甲醚的应用研究提供了基础物性数据。     

R143a气相黏度的实验研究

采用振动盘黏度计对制冷剂R143a的气相黏度进行了实验研究,温度范围为299～338 K、压力范围为0.1～2.69MPa,黏度测量的不确定度为±2.0%.利用得到的实验数据,拟合了R143a的气相黏度方程,黏度实验数据与方程的平均绝对偏差为0.20%,最大偏差为0.97%,可以满足工程应用.     

高温高压水比定压热容的实验测量

本文基于流动型量热法建立了一套适用于测量高温高压下比定压热容的实验系统,通过改进传统流动型量热器的管路布置及合理的系统结构设计,使该系统温度、压力适用范围为:293~673 K、0.1~30 MPa。该实验系统温度、压力、比定压热容的测量不确定度分别小于土0.05 K、士13 kPa、:±0.98%。为了验证实验系统的测量精度和可靠性,测量了温度为296~313 K、压力为0.1~6 MPa范围内纯水的比定压热容,与文献值的相对偏差小于1%。本文还对温度在355~666K、压力在1~23 MPa范围内的高温高压水的比定压热容进行了测量。     

可燃性液体爆炸极限实验系统的研制

为了能够精确获取可燃性液体的爆炸极限实验数据,在已有的基于ASTM E681标准的爆炸极限实验装置研究基础上,新研制了一套可燃性液体、气体通用的实验系统。使用注射器直接注入可燃液体的配气方式,设计了新的温度控制系统,实验系统可测量的温度范围为室温~250℃。对实验系统的测量不确定度进行了分析,通过对甲醇、乙醇和正丁醇的爆炸极限进行实验研究,对实验系统的测量准确度进行了验证,3种醇类爆炸极限的实验值与文献值的平均绝对偏差为0.09%(vol),结果表明了实验系统的可靠性。     

超音速蒸汽浸没射流压力振荡第二主频特性研究

本文主要针对在蒸汽质量流率400~900 kg·m~(-2).s~(-1)、过冷水温度20~70℃范围内,超音速和音速蒸汽浸没射流中凝结压力振荡的第二主频进行了实验研究。研究结果表明:对于不同设计压比的超音速喷嘴,第二主频均随冷却水温度的升高和蒸汽质量流率的增大而逐渐减小。同时,本文在音速喷嘴第二主频的实验关联式基础上加入设计压比修正,拟合得到超音速喷嘴第二主频实验关联式,其计算值与实验值误差在士16%之内。     

甲烷的池核沸腾传热实验研究

本文对饱和液体甲烷在0.12MPa下的池内核态沸腾传热进行了系统的实验研究,获得了相应的沸腾传热数据.对实验数据进行了详细的不确定度分析;将实验结果与现有的池核沸腾传热系数关联式进行比对,并在原有的关联式基础上进行改进,得到了适合甲烷的池核沸腾传热系数关联式.     

饱和液体密度测量装置的研制与可靠性验证

本文研制了一种用于测量制冷剂饱和液体密度的实验装置,该装置主要由恒温系统与测量系统组成,其中密度的测量精度为±0.5 kg/m~3。本文以纯质制冷剂HCFC-22与混合制冷剂HFC-407C为例分别在该实验装置进行了实验测试。结果表明,无论是纯质还是混合制冷剂的液体密度实验测量结果都与文献值具有良好的一致性。在此基础上,本文还用该实验装置对HFC-407C在温度为244～337K范围内的饱和液体密度进行更细致而又精确的测量,并分别采用VDNS型方程与Rackett型方程对HFC-407C实验数据进行了关联,得到各自的方程参数及适用下HFC-407C的预测模型。所有这些研究为纯质与混合工质在实际工程中的应用打下了坚实的基础。     

碳酸二甲酯与烷烃混合物的临界性质

本文基于低停留时间流动法建立了一套临界性质实验测量系统,该系统温度和压力的测量不确定度分别小于0.20 K和5.2 kPa。首次测量了碳酸二甲酯与正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷和正癸烷五种烷烃的二元混合体系的临界性质,结果表明:各混合体系的临界温度随碳酸二甲酯混合比例的增加呈抛物线变化,临界压力随混合体系中临界压力较大物质混合比例的增加而增大。运用Redlich-Kister方程对以上混合体系临界性质进行了关联,临界温度和临界压力的平均绝对偏差分别小于0.04%和0.25%.     

轴对称悬滴法液体表面张力实验系统

研制了悬滴法液体表面张力测量系统,该系统包括图像采集系统、耐高压实验本体和温度控制系统等.悬滴图像信息由高分辨率的CMOS相机采集,并利用Canny算法进行边缘检测,进而提取悬滴边界并进行坐标变换,以获取悬滴的轮廓坐标,采用坐标轮换法与Newton法结合实现悬滴边界的全轮廓拟合计算.实验系统的温度范围和温度波动度分别为:20~180℃,±0.01℃;压力范围为:0~20MPa.为了检验系统的可靠性和精确性,测量了正庚烷在温度范围为293.15~373.15K的表面张力.通过不确定度分析,测量流体表/界面张力的相对不确定度为0.22%.     

垂直管内音速蒸汽射流凝结汽羽形状研究

本文针对质量流量376～773 kg·m^-2·s^-1的饱和蒸汽在温度变化范围为10～55℃流动水中形成的音速蒸汽射流凝结进行了实验研究。实验观察到了四种不同的汽羽形状,并且汽羽形状受Re影响较大。当Re与凝结驱动势减小时,最大膨胀比和汽羽喷射长度增大,其值小于蒸汽音速射流在静止水中的情况。本文给出了汽羽喷射长度实验关联式,大多数实验数据与预测值的误差小于10%。     

CO2/H2O混合气体在水平管外凝结换热与分离特性研究

本文通过实验研究了CO₂质量分数为11.39%~70.95%,壁面过冷度为5~25 K,总压力为5~15 kPa的CO₂/H₂O混合气体自然对流条件下在水平管外的凝结换热规律,结果表明CO₂/H₂O的凝结换热系数随CO₂含量和壁面过冷度的增大而降低,但随总压力的增大而增大。根据实验结果建立了新关联式,将关联式应用到凝汽器的设计计算与分析,且对凝汽器进行了分离特性和经济性分析。     

过冷度对液体冷媒除霜的影响

在结霜质量为3kg的条件下,分别测量了库温为-5℃、-15℃和-20℃时液体冷媒除霜系统的过冷度的变化曲线;并且理论计算了有无过冷度时,系统制冷量的变化。实验表明,制冷剂得到过冷度最大的时刻是除霜开始,最小是除霜结束。过冷度带来的系统制冷量的增加,随蒸发温度的降低而增大。理论计算表明,当库温为-20℃时制冷量增加了43%,库温为0℃时制冷量增加了30%。因此,虽然除霜过程蒸发面积减半,制冷系统仍能输出较大的制冷量,减小库温波动。     

甲醇专用状态方程的研究

本文在广泛搜集现有文献中甲醇各项热物性实验数据的基础上,开发出以Helmholtz自由能为显式、以温度密度为自变量的新的甲醇状态方程。该方程可适用于温度在176~710 K,压力不高于5000 MPa,密度不大于70 mol/I的区间。方程计算饱和液密度的不确定度在430 K以下为0.4%,430 K以上为0.6%。方程计算密度的不确定度在压0.1MPa以下区域为1%,100 MPa以上区域为3%,0.1 MPa与100 MPa之间为5%,而靠近临界点处达到10%。力程计算饱和蒸汽压的不确定度为2%。经分析,方程趋势合理,这表明方程在极高或极低的温度和压力下具有合理的外推性。