氦-3/氦-4混合物模型及热物理性质研究

摘要

3He-4He混合物是一种特殊的低温流体混合物，其在低温工程、基础物理学和空间技术等领域有重要应用。这些应用大多需要3He-4He混合物热物性数据的支持。虽然有关3He-4He混合物的热物性测量和理论研究在过去60年已在4K以下大量开展，但是其固-液相边界曲线特征方程、宽范围混合物模型以及热物性计算程序一直处于空缺状态。为了解决这个制约3He-4He混合物各项应用获得进一步发展的瓶颈，本文以研究3He-4He混合物相平衡曲线，流体区热力性质及混合物模型为目标，开展了以下工作： 1.收集了大量有关3He-4He混合物的文献，整理了其中的PVT和VLE(气-液相平衡)热力学性质数据，极大地完善了3He-4He混合物电子文献库和数据库；并将大量数据绘制成图表，以便直观地反映3He-4He混合物的性质变化趋势，方便了之后的研究工作。 2.基于实验数据，通过独立编写的人工神经网络程序以较高的精度预测了整个混合物凝固压力曲面，在国际上首次提出了0.4K-5K温区，0-1全组分范围的显式混合物凝固压力特征方程，其精度满足工程精度要求。 3.在分析3He-4He混合物特殊性质以及亥姆霍兹能混合模型优势的基础上，提出了在亥姆霍兹能框架内发展3He-4He混合物模型的研究思路。 4.基于VLE实验数据情况和人工神经网络理论，在亥姆霍兹能方程理论框架内对发展VLE性质辅助方程进行了可行性分析并给出了具体的实施步骤。 5.在国际上获得了第一个可付诸工程应用的亥姆霍兹能形式3He-4He混合物模型。该模型能较好地预测8K-13K温区3He浓度较低时的3He-4He混合物PVT性质，对于13K以上的区域，计算误差能进一步降低。该模型对于进一步提高采用3He-4He混合物为工质的单级G-M型脉管制冷机的设计制造和性能预测水平，有着积极的促进作用。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

第一章绪 论

1.1研究背景

1.2研究进展

1.3本文研究范围界定及约定

1.4本章小结

第二章3He-4He混合物凝固压力特征方程

2.1 3He-4He混合物凝固压力曲线的特征

2.2对混合物凝固压力曲线的处理

2.3发展凝固压力曲线特征方程

2.4误差分析

2.5本章小结

第三章3He-4He亥姆霍兹能模型框架

3.1引论

3.2亥姆霍兹能方程框架

3.3本章小结

第四章3He-4He混合物模型研究

4.1前言

4.2 PVT性质

4.3 VLE性质

4.4 3He-4He混合物模型初步研究

4.5本章小结

第五章全文总结

5.1工作总结

5.2工作展望

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表的文章

致谢