不同势函数状态方程湿空气性质的模拟研究

本文从L-J维里状态方程、L-J径向状态方程,TIP4P维里状态方程以及TIP4P径向状态方程四种模型出发,利用分子动力学模拟技术,进行了湿空气性质的研究.对不同状态方程的模拟结果的稳定性进行了探讨,发现径向状态方程的稳定性要好于维里状态方程,最后采用径向分布方程及TIP4P模型,模拟了湿空气的性质,结果表明湿空气在低温、高压和高含湿量下,其性质不再接近于理想气体的性质.     

水蒸气超音速流动中自发凝结现象的数值模拟

本文研究了水蒸气超音速流动过程中的自发凝结现象.在欧拉坐标系下建立了二维可压缩守恒型数值计算模型,引入3系数维里型状态方程对水蒸气超音速凝结流动进行了数值模拟,依据Moore等提供的实验数据对缩放喷管算例进行了数值校验,验证了数值模型的可信度和准确性,在此基础上分析了水蒸气超音速凝结流动的特点和规律,揭示了水蒸气超音速流动过程中的自发凝结、液滴增长,凝结冲波等热力学现象的规律.     

激光空泡特性实验与数值计算研究

基于激光空泡内物质以水蒸气为主的特征,选择特定的Rayleigh-Plesset方程形式,确定激光空泡的动态泡壁位置,并考虑水中气体与激光空泡之间的质量扩散、水蒸气的凝结与蒸发、水的压缩性及热传导、声辐射、黏性、表面张力等因素.建立激光空泡的产生、照相和声压测量系统.通过数值计算与实验结果相结合的办法,使泡内压力的计算值与实验值之间相对误差控制在10%以内,揭示吸收的激光脉冲能量与激光空泡的半径、泡内压力和温度之间的对应关系,以及吸收的激光脉冲能量不变时半径、压力和温度的变化规律.旨在为激光空泡的相关研究提供一定的参考. 关键词： 激光空泡 水蒸气 数值模拟 Rayleigh-Plesset方程     

平面叶栅中的湿蒸汽两相结流动数值模拟

对存在自发凝结的湿蒸汽两相流动建立了完全欧拉坐标系下的数值模型.考虑水蒸汽与理想气体的偏差,引入维里型状态方程对模型作了进一步完善.对平面叶栅中的两相凝结流动进行了数值模拟,计算结果与实验值比较表明本文计算模型正确,可以扩展到三维复杂两相凝结流场的计算.     

分子聚集型维里状态方程(聚集硬球分子模型)

一、引言 我们知道,物性数据的来源,除了用实验测定外,一个很重要的手段是用状态方程进行推算。当前有一趋势,当计算精度满足要求的条件下,希望状态方程结构简单,使用方便,我们认为维里方程是值得研究开发的。现已发表的维里方程还远不能满足工程计算要求。本文应用分子聚集理论对已提出的简单维里方程作了改进,目的是要扩大其应用范围,特别是对强极性物质的应用。     

高温高压下湿空气的焓和熵计算

本文以湿空气透平和压缩空气储能系统中的工质-湿空气为研究对象,运用所提出的一个适合计算高温高压湿空气热力学性质的对应态维里方程,对湿空气的偏差焓和偏差熵进行了计算.在湿度0≤ W≤1 kg/kg(A),温度小于573.15 K,压力小于5 MPa时,与ASHRAE用的多项式维里方程计算得到的偏差焓和偏差熵进行了比较,误差很小.用这个对应态维里方程外推计算了温度和压力分别达到600 K和15 MPa的湿空气焓和熵.计算结果表明对湿空气而言压力和湿度越大,偏差焓和偏差熵越大;温度越高,偏差焓和偏差熵越小.     

雪花在非等温对流场生长过程的模拟

雪花是水蒸气在过冷环境下凝华相变形成的晶体,其生长过程涉及到多个尺度的热力学过程。本文提出了一种结合水蒸气扩散方程、热传导方程和动量守恒方程的改进的元胞自动机法,可以实现二维非等温对流场中雪花生长过程的模拟。研究结果和实验结果可以很好地吻合,验证了该模型的有效性。通过对模拟结果进行分析,研究了雪花生长过程中水蒸气分布、温度分布和对流速度对其形态的影响。     

高温高压下液态水声速的研究——不同状态方程的准确性验证

 研究水的热力学状态方程,对于理解地球及行星科学等起着重要作用,但由于高温高压区域的实验数据较少,该区域的状态方程主要依赖于由低压部分外延或分子动力学模拟计算得到。采用布里渊散射技术测量熔解曲线附近液态水的声速,低温区采用电加热系统,高温区采用激光加热布里渊散射系统,分析比较了由实验测量得到的声速值与用经验状态方程计算的结果之间的差别。结果表明,在温度不超过673 K、压力不超过6.0 GPa的范围内,Abramson方程的计算结果与实验测量结果在误差范围内一致,而Saul 和IAPWS-95的预言值比实验测量值偏高,并且温度越高偏差越大。在压力为21 GPa、温度为890~1 100 K时,实验测量出的水的声速比状态方程预言的结果偏高。     

昂尼斯氮气在110K～600K的热力学量

采用氮分子气体系统的第二维里系数B和第三维里系数C的实验数据,用最小二乘法对这两个维里系数随温度的变化规律进行了数值模拟,并给出了拟合后的解析结果;以昂尼斯方程和上述规律为基础,采用热力学方法,在二级近似下,得到了昂尼斯氮气的态函数内能、焓以及可观测的定压摩尔热容量,并将在110K~600K范围内的定压摩尔热容量的计算结果与可查找的实验数据进行了比较,相应的百分误差表明,昂尼斯方程导致的结果与实验数据符合得很好.     

水的密度极值和相关性质的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法对NVT系综中水的密度极值问题以及分布函数和扩散系数等相关性质进行了模拟.运用极值思想,通过引入新的能量-压力关联判据和线性插值的方法,可以将水的密度极值的温度值点上移到2℃,与实验值更加接近,相对于前人用TIP4P水分子模型的模拟结果-13℃或-23℃具有较好的改进,并且避开了临界点附近统计压力值的困难.模拟获得的径向分布函数和扩散系数的值与实验基本吻合,分子间作用能分布也与文献报道的趋势一致.