双毛细管测量高温气体粘度的研究

摘要

基准声学温度计测量500-700 K温区热力学温度的不确定度最小,声学温度计中声学共鸣腔热和粘性边界层扰动是声学温度计测量不确定度的最大来源,共鸣腔中工质气体在理想气体状态下的粘度和导热系数的精确测量是修正该扰动的基础。另外,根据气体分子间势能建立的量子“从头算”(ab initio)理论计算模型对氦气的热力学性质和输运性质的理论计算达到了很高的精确度,与实验测量值一致,但对氩气的计算结果在高温区(120℃以上)还没有相应的高精度的实验测量值验证。
　　双毛细管粘度计测量气体粘度和导热系数的不确定度极小,但目前国际上尚无120℃以上高温双毛细管气体粘度测量系统。为了建立高温双毛细管气体粘度测量系统,设计了用于高温双毛细管粘度计的高温恒温装置,进行了温度控制的PID整定,在25-400℃控温水平优于±3 mK,远远满足实验测量对温度的稳定性要求。
　　本文在国际上首次建立了高温双毛细管气体粘度测量系统,改进了气体管路系统,研究了气瓶出口压力对控压的影响,压力波动水平优于±15 Pa,远远满足实验测量对压力的不确定度要求。
　　本文首先测量了25-120℃氩气在理想气体状态下的粘度和导热系数,同已有的测量结果进行比较,相对偏差低于0.04％,验证了本装置的可用性以及较高的精确度。本文对预热系统在250-400℃之间的预热效果进行了分析,研究了管路中气体流量及P4对预热效果的影响。在国际上首次精确测量了120-380℃氩气在理想气体状态下的粘度和导热系数,测量结果的相对标准不确定度为0.03%和0.029%,同Vogel理论计算值进行了比较,在25-380℃具有很好的一致性,相对偏差不超过0.07%,验证了装置的可靠性,为建立400℃以上高温双毛细粘度测量系统奠定了重要的理论和技术基础。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 引 言

1.1 研究意义和现状

1.2 主要任务

第2章 实验原理及实验流程

2.1 实验理论基础

2.2 双毛细管粘度计测量原理

2.3实验流程

2.4 本章小结

第3章 高温实验系统搭建

3.1 高温实验系统

3.2供气管路系统及改进

3.3 压力控制系统

3.4 25℃恒温控温系统

3.5 高温恒温控温系统

3.6 本章小结

第4章 压力和温度的调节控制

4.1 PID控制原理

4.2 减压阀出口压力对控压效果的影响

4.3 高温恒温装置PID参数整定

4.4 本章小结

第5章 氩气测量结果分析

5.1 25-120℃氩气粘度测量结果分析

5.2 200-380℃气体预热强度分析

5.3 120-380℃氩气粘度测量结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文