震惊状态-关于气体混合物的古老法律在实验中失败

时间:2019-12-29 17:13 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

震惊状态-关于气体混合物的古老法律在实验中失败

新墨西哥大学的一个研究小组进行的一项新研究表明,关于气体混合物行为的古老法律在冲击波存在时并不适用。

这一发现可能会对所有与冲击波有关的气体混合物产生潜在影响,例如在发动机燃烧过程中。这也适用于常规核爆炸、超音速喷射、气冷核反应堆和惯性约束聚变。

“我们的研究发现,用于预测气体混合物性质的经典定律在相当普遍和实际重要的情况下不起作用。”本;彼得Vorobieff说。

研究结果发表在最近的论文《激波传播气体混合物中的达尔顿定律和阿马加特定律失效》中。在科学进步。论文的作者有来自新墨西哥大学机械工程系的帕特里克·韦恩、丹尼尔·自由朗、格雷戈里·维吉尔、蒂莫西·克拉克、彼得·沃罗贝夫和c·兰德尔·杜鲁门;肖恩·库珀,j·迈克·沃克的66年机械工程系,德克萨斯农工大学;迪伦·西蒙斯,美国空军理工学院航空航天系;俄亥俄州立大学航空航天工程系伊格纳西奥·特鲁巴-蒙耶;和俄罗斯科学院高温联合研究所的Vladimir Vorob’ev。

这项在新墨西哥大学进行的研究,涉及到两种性质截然不同的气体的预混合:轻氦和重、粘性的六氟化硫。研究小组对混合物的特性进行了表征,结果与经典理论吻合得很好,然后引入激波,在几毫秒内测量激波加速介质的温度和压力从正常角度考虑,时间很短,但与激波通道相关的时间尺度相比,时间间隔很长。研究人员发现,激波压缩后的温度和压力与两个经典理论定律预测的结果并不一致Dalton’或Amagat’年代。

1880年的法国物理学家埃米尔·希莱尔·阿马加特的分部体积定律指出,如果一种气体单独存在于混合物的温度和压力下,那么这种气体的总体积就等于它所占的分部体积之和。1802年,科学家约翰·道尔顿指出,非反应性气体混合物的总压强在恒定的温度和体积下等于各组分气体的分压之和。

“我们的研究发现,用于预测气体混合物性质的经典定律在相当普遍和实际重要的情况下不起作用。”Vorobieff说。

他说,产生分歧的原因是,经典定律都不能准确地描述分子水平上发生了什么。从分子动力学理论中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一个定性的解释。沃罗贝夫说,虽然这是坚实的第一步,但最终的影响还没有确定,还需要进一步的研究。可能的影响可能意味着设计机制的改变,比如考虑到冲击波如何影响气体混合物特性的发动机。

“我们的研究表明,经典的气体混合物理论在冲击加速流和其他可压缩流中不起作用,”Vorobieff说。“我们必须在更多的气体混合物和更广泛的条件下进行实验,以探索问题的范围,并发展一种理论来解释我们的观察。”

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参考文献:“道尔顿定律和阿马加特定律在激波传播的气体混合物中失效”作者:P. Wayne, S. Cooper, D. Simons, I. Trueba-Monje, D. Freelong, G. Vigil, P. Vorobieff, C. R. Truman, V. Vorob’ev and T. Clark, 2019年12月6日,《科学进展》。

DOI: 10.1126 / sciadv.aax4749

该项目资金由国家核安全局提供。

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