一维真实气体的状态方程

我们知道,对于理想气体,有两条基本假定:一是忽略分子固有体积,二是忽略除碰撞外的分子之间相互作用。而真实气体往往是不能忽略这两个因素的。要得到描述真实气体的行为,必须对理想气体的状态方程进行修正。为此,我们将用统计力学的方法建立一维真实气体的状态方程,并对它进行简单的讨论。     

节流过程中的致冷与致热分析

在真实气体物态方程中,压强和体积的修正项导致了节流过程的致冷和致热．通过对范德瓦耳斯方程的分解,从理论上得到了压强的修正项导致气体致冷,体积的修正项导致气体致热的结论．结合节流过程,从实验角度进一步分析了致冷和致热的物理原因．最后,从真实气体分子相互作用势的角度出发,探讨了分子间的吸引作用导致气体致冷的机理．     

邮票上的物理学史——气体动理论和统计力学的建立

气体动理论是热学的一种微观理论 ,用分子的运动来解释物质的宏观性质 .它的基本概念有两个 :一是物质由大量分子和原子组成 ;二是热现象是这些分子无规运动的一种表现形式 .首先看气体的状态方程 .状态方程是描写气体状态的宏观参数 ｐ、Ｖ、Ｔ所满足的方程 ,它本身是一项宏观性质 .但是任何微观理论都应当能够导出状态方程 ,而且真实气体的状态方程即范德瓦尔斯方程的确是由气体动理论导出的 .英国化学家玻意耳于 1 662年 (他的邮票见本专栏“真空和大气压”一节 )由实验发现 ,对于一定量的气体 ,在恒定温度下 ,其体积与压力成反比 ,即 ｐ…     

双锥/双楔流动中的高温气体效应仿真模拟

在高超声速飞行和再入地球大气过程中, 气体分子的振动、电子态激发, 伴随离解、电离反应, 从而产生高温真实气体效应。不同数值方法对高温真实气体效应的模化会造成气体热物性参数的差异, 从而对流场模拟引入不确定度。以高超声速的双锥/双楔流动为例, 通过计算流体力学方法和直接模拟Monte Carlo (DSMC)方法, 研究高温真实气体模型对复杂干扰流动的预测能力。结果表明, 有别于量热完全气体, 若考虑真实物理过程的热化学非平衡过程带来气体热力学性质、输运特性的变化, 会导致激波角、边界层厚度、分离区尺寸等流动结构的改变。因此, 在研究高超声速模拟中应注意数值模型的正确应用。      

进入轨道偏差对火星科学实验室气动力特性的影响

针对火星科学实验室(MSL)高超声速进入过程,利用三维并行程序求解流体力学Navier-Stokes方程,耦合真实气体模型,分析火星大气中真实气体效应对进入器气动力特性的影响量在进入轨道发生偏差时的变化规律.结果表明:对海盗号的计算结果与飞行数据符合很好,验证了火星大气真实气体模型和计算方法;真实气体效应影响下,激波层厚度大为减小,温度下降明显,进入器阻力系数明显增加,升力系数变化不大,俯仰力矩系数增加,基准状态下配平攻角较完全气体减小约2.2°;高度不变,Ma数增加导致阻力系数和俯仰力矩系数增大,配平攻角和完全气体的差值由1.6°增加到2.6°,表明Ma数变大时真实气体效应引起的气动力变化增强;Ma数不变,高度增加略微减弱波后化学反应,对进入器气动力特性基本没有影响.     

物理学的“理想化”思想方法

把实际情况理想化，是研究物理现象时经常采用的一种研究方法．“理想化”的思想方法在物理研究中具有重要作用．首先，它可以使复杂的问题变得简单．如：“理想气体”是实际气体的理想化，它是对真实气体加了些理想条件后得到的．理想气体要求：（１）气体分子间的相互作...     

基于有机工质真实气体模型的超音速喷嘴设计

为了研究临界或超临界状态有机工质的气动特性,采用计算超音速流动的特征线法,设计了基于真实气体模型的超音速喷嘴。研究了甲苯的5个真实气体膨胀过程,初始状态总温均为600 K,压力分别4 MPa,3.5 MPa,2 MPa,1MPa,0.1 MPa,其中4 MPa,3.5 MPa接近于有机物朗肯循环(ORC)涡轮静叶内膨胀初始状态,甲苯处于稠密气体状态;比较发现,当甲苯处于临界或超临界状态时,喷嘴设计结果明显不同于理想气体状态。以本方法为基础设计了高膨胀比向心涡轮静叶,模拟结果展示了基于真实气体模型的超音速喷嘴设计的可行性。     

范德瓦耳斯气体与焦耳-汤姆孙效应

大体说来,仅当密度很小时,气体才近似地遵守理想气体定律(主要有两个,卽理想气体状态方程和焦耳定律,它们是彼此独立的)。从微观上看,当气体密度不很小时,理想气体定律发生偏差的原因可归结为分子间有相互作用力(质心间距离较近时相吸,距离甚近时相斥),因此,真实气体性质的研究,不仅有重大实际意     

由成核率数据拟合饱和蒸汽压力

从成核率的实验数据出发,对饱和蒸汽压力进行计算拟合并应用于经典成核理论．在计算过程中,采用了最新发展的成核率模型,其中考虑了真实气体效应和核子曲率对表面张力的影响．作为比较,还从热力学平衡条件和经验方程估算了几种物质的饱和蒸汽压力．结果表明,从成核率实验数据计算拟合的饱和蒸汽压力曲线与经验方程曲线有微小的差别;在经典成核理论的应用中,基于该拟合的饱和压力方程计算的成核率更接近于实验结果．     

锅炉燃烧室三维传热数学模型

早在1958年,Hottel和Cohen提出了区域法,为灰壁面、充满真实气体封闭系统辐射换热问题,建立了完整的数学描述和计算方法;为锅炉燃烧室进行三维传热计算奠定了理论基础。在实际计算中,占计算机内存数太大,计算层次太多。对现代大型锅炉,将燃烧室粗糙地分为1000个区域(包括气体和壁面区域),此时占有计算机内存为1000K以上,     

范德瓦耳斯气体体积修正的新计算方法

范德瓦耳斯方程能够较好地描述实际气体的热力学过程,方程中的参数b是因实际气体分子的体积而引入的修正量.本文通过考察分子之间的相互碰撞事件,计算得到了范德瓦耳斯气体体积的修正值,约等于1 mol气体所有分子体积总和的4倍,结果与其他方法得到的结果一致.这是一种新的计算思路和方法.     

超声珩磨区实际气体的单空泡动力学分析

为进一步揭示功率超声振动的珩磨机理,以珩磨液为工作介质,研究了功率超声珩磨环境中实际气体的单空泡动力学特性。基于Rayleigh-Plesset方程,应用实际气体绝热方程和范德瓦尔斯方程对其进行了修正,建立了功率超声珩磨环境中实际气体的单空泡动力学方程以及实际气体单空泡共振频率方程。并运用4~5阶RungeKutta法模拟了不同超声条件(声压幅值、空泡初始半径、振动频率)对泡壁的运动以及运动速度的影响。结果表明:较高的声压幅值,空泡理论共振半径R'0与初始半径R0的比值为102数量级以及较低的超声频率有利于超声珩磨磨削区空化效应的发生。     

高压下发射药燃气的状态方程

 本文从分子运动论出发，考虑到高密度下分子碰撞及高温下分子间作用的特点，提出了简化的三分子碰撞模型，并引进屏蔽效应，给出了描述高压下火药燃气实际状态行为的多项式型状态方程式。在800 MPa的压力范围以内，本文对不同组分的发射药进行了计算，其计算压力与实验有较好的一致性。比目前美国三军所用程序BLAKE编码的计算结果有所改进。     

Der zweite quantenmechanische Virialkoeffizient eines Boltzmann-Gases

The second quantum mechanical virial coefficient for a gas is given in the same approximation, in which the masterequation and the Boltzmann equation hold. The close connection between the macroscopic equations of motion and the equation of state of a real gas in equilibrium is shown. The virial coefficient of the Boltzmanngas is given in compact form by the real part of the forward scattering amplitude, weighed with the Boltzmann distribution at the given temperature.     

压缩理想气体和实际气体的离心式叶轮流场分析

本文对压缩理想气体和实际气体的离心式叶轮作了流场分析。分析使用流线曲率法。实际气体的热力学是基于作者提出的通用状态方程和Ｓｃｈｕｌｅｓ的多变分析。对一个压缩理想气体的叶轮作了实验测量。分析结果比较表明，压缩理想气体和实际气体时叶轮中速度分布是不同的，且压缩实际气体时，叶轮出口参数不同于压缩理想气体时的计算和实测结果。     

压力对实际气体热力学能影响的宏观及微观分析

热力学能和焓是工程技术中用途广泛的热力学状态参数,压力越高,实际气体的热力学能和焓值越小,这与我们一般的感性认识背道而驰.本文采用宏观实际气体状态方程求偏微分及热力学能统计定义微观的角度,推导分析了压力对实际气体热力学能的影响,从理论上证明了实际气体的热力学能随着压力的升高而减小这一规律.     

压力对实际气体热力学能影响的宏观及微观分析

热力学能和焓是工程技术中用途广泛的热力学状态参数,压力越高,实际气体的热力学能和焓值越小,这与我们一般的感性认识背道而驰.本文采用宏观实际气体状态方程求偏微分及热力学能统计定义微观的角度,推导分析了压力对实际气体热力学能的影响,从理论上证明了实际气体的热力学能随着压力的升高而减小这一规律.     

天然气低温超音速流动过程的热力学模拟与分析

基于SRK实际气体状态方程,对天然气在高压低温条件下经过超音速分离管的高速膨胀过程进行了热力学的计算和模拟。通过将实际气体的计算结果与理想气体计算结果进行比较,发现两者降温及截面积有很大区别,但截面积变化规律相似。而且不同入口条件下达到临界点所需压比一致,但液化点差别很大。在两相区截面增速变缓,但马赫数相差不大。     

高密度氢气的分子间相互作用与状态方程

本文从高密度氢气的分子间相互作用出发进行分析,在修改范德瓦耳方程的基础上,提出了一种新的适用于高密度氢气的状态方程,并用来系统地计算了氢气在临界区的等温压缩线.在缺乏实验数据的情况下,这些理论计算结果很有用.