关于气体混合物的百年法则在实验中失败

时间:2019-12-12 14:54 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

  

关于气体混合物的百年法则在实验中失败

 

  帕特里克·韦恩,获得博士学位 UNM机械工程系的作者是该研究的主要作者。

  由新墨西哥大学的一个团队领导的一项新研究表明,存在冲击波的情况下,关于气体混合物行为的具有数百年历史的法律并不适用。

  此发现可能会对涉及暴露于冲击波的气体混合物的所有事物产生潜在影响,例如在发动机燃烧期间。这也与常规爆炸和核爆炸,超音速喷射,气冷核反应堆以及惯性约束聚变有关。

  该结果最近发表在《科学进展》上的论文 “带有冲击传播的气体混合物中的道尔顿和阿马加特定律失败”中。该论文的作者是来自UNM机械工程系的Patrick Wayne,Daniel Freelong,Gregory Vigil,Timothy Clark,Peter Vorobieff和C.Randall Truman。肖恩·库珀(Sean Cooper),德克萨斯州农工大学机械工程系J. Mike Walker '66;空军理工学院航空与航天系Dylan Simons;Ignacio Trueba-Monje,俄亥俄州立大学航空航天工程系;和俄罗斯科学院高温联合研究所弗拉基米尔·沃罗贝夫(Vladimir Vorob'ev)。

  在联厄特派团进行的这项研究涉及预混合两种性质截然不同的气体:轻氦气和重而粘稠的六氟化硫。研究小组对所得混合物的特性进行了表征,这与经典理论非常吻合,然后引入了冲击波,并在几毫秒内测量了冲击加速介质的温度和压力,这在很短的时间内可以正常考虑,但与冲击波通过的时间尺度相比间隔较长。研究人员发现,冲击压缩后的温度和压力与两个经典理论定律(道尔顿或阿马加特)中的任何一个的预期值都不相符。

  法国物理学家埃米尔·希拉尔·阿马加特(Emile Hilaire Amagat)自1880年以来的部分体积定律指出,气体混合物的总体积等于每种气体在混合物的温度和压力下单独存在时所占据的部分体积之和。1802年,科学家约翰·道尔顿(John Dalton)指出,在恒定温度和体积下,非反应性气体混合物中的总压力等于组分气体分压的总和。

  “我们的研究发现,用于预测气体混合物特性的经典定律在相当普遍和实际重要的情况下无法发挥作用,”沃罗比耶夫说。

  他说,之所以存在分歧,是因为没有一部经典的法律能够准确地描述分子水平上发生的事情。从动力学分子理论对时间尺度的简单考虑,以及它们如何受到冲击加速度的影响,似乎至少为实验观察提供了定性解释。沃罗比耶夫说,尽管这是迈出坚实的第一步,但最终的含义尚未确定,还需要进一步研究。可能的影响可能意味着发动机等机构的设计变更,必须考虑到冲击波如何影响混合气体的性能。

  Vorobieff说:“我们的工作表明,经典的混合气体理论不适用于冲击加速的流动以及可能的其他可压缩流动。” “我们必须在更多的混合气体和更广泛的条件下进行实验,以探索问题的范围,并发展出可以解释我们观察结果的理论。”

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