一氧化碳流体的高温高压状态方程

摘要

本文从实验和理论两方面研究了一氧化碳(CO)流体的高温高压物态方程。实验中，液态CO的第一、二、以及三次冲击状态参量由光分析实验技术直接测定。并且测量了一次冲击状态的辐射温度值及其随时间变化。同时，运用分子流体微扰变分理论和三相碳的状态方程，模拟计算了液态CO的多次冲击过程，得到与实验相应的冲击状态的热力学量。文中详述了多次冲击过程的光分析测量方法，该方法应用于其它分子流体可将其物态方程的实验数据点延伸到更高压力和更宽的压缩范围。取得了以下几方面研究成果： 1、结合液氮低温靶技术和光分析测量方法首次同时测量了液态CO样品的第一、二、三次冲击Hugoniot物态方程，分别在19.36GPa、60.36GPa和71.02GPa获得三个新的实验数据点。在71.36GPa压力下，样品体积的最大压缩度达到3.5倍，比文献中发表的一次冲击最大压缩度提高了20％以上； 2、在不考虑CO分解反应的前提下，由分子流体微扰变分理论计算给出的压缩体积比测量值偏高20％以上，本文将实测体积的明显软化现象归因于CO分解反应所致； 3、本文在19.36GPa处测量了液态CO的一次冲击温度，发现温度值随时间递增，由此证明液态CO在第一次冲击压缩过程中就发生了化学反应，并伴有热量的放出； 4、运用分子流体微扰变分理论和三相碳的物态方程，计算“铝基板/液态CO/蓝宝石”组合靶条件下CO流体依次经历第一、二、及三次冲击压缩的热力学状态参量。 本文利用统计热力学理论研究固/液双相流体体系的化学反应问题，将基于化学平衡的统计物理模型应用于多次冲击过程的理论分析在文献中未见报道。在考虑CO发生分解反应时，产物中碳的性质分别采用固态金刚石、固态石墨、以及热力学平衡碳三种不同情况描述。理论计算结果与实验数据对比发现，二者之间存在偏差。在理论计算中所使用的流体微扰变分理论曾被广泛的应用于气体及流体的模拟计算中，并且得到了实验数据的验证。因此本文认为，在多次冲击实验中碳产物的状态可能与现有三相碳物态方程存在较大差异。除此之外，理论计算中所使用的冲击波速度与实际实验过程中的冲击波速度之间的偏差也可能会影响到理论计算的结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景及科学意义

1.2一氧化碳研究现状与存在问题

1.2.1实验研究

1.2.2理论研究

1.2.3存在问题

1.3本文研究内容

第2章多次冲击压缩实验原理

2.1引言

2.2二级轻气炮工作原理

2.3弹速测量原理

2.4多次冲击压缩状态测量原理

2.4.1多次冲击过程概述

2.4.2飞片碰撞基板过程

2.4.3基板等熵膨胀与样品第一次冲击压缩过程

2.4.4冲击波在基板/样品界面反射过程

2.4.5冲击波在样品/窗口界面反射过程

2.4.6多次冲击过程的阻抗匹配计算方法

2.5多次冲击的光辐射测量原理

2.6辐射高温计测试系统

第3章实验结果与分析讨论

3.1引言

3.2实验装置

3.3实验分析方法与结果讨论

3.3.1实验分析方法

3.3.2利用冲击阻抗匹配方法确定多次冲击压缩状态

3.3.3实验结果与分析讨论

3.4实验温度结果分析

3.5本章小结

第4章理论计算结果与分析讨论

4.1引言

4.2统计热力学理论计算方法

4.3理论计算结果与分析讨论

4.4本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文