流体音速激光散射法测量及理论推算

本项目主要围绕流体音速的实验测量和理论推算展开研究。研制一套基于激光散射原理的流体音速测量系统(温度和压力适用范围240-500K和0-20MPa，音速、温度和压力测量不确定度分别小于0.1%、0.01K和1.5kPa)。通过对散射光路、实验本体、频谱分析算法等的创新性改良设计，尝试解决散射角精确测控、散射光降噪、频谱信息剥离等该测量法及实验系统的核心技术问题，提升实验系统测量精度和系统的自动化程度，使该实验系统的关键性能指标接近或达到国际同类实验台水平。利用该实验系统测量获得多种新型热力循环工质、新型替代燃料和燃料添加剂等的音速数据，丰富流体热物性数据库。广泛搜集音速实验数据，评估其可靠性和准确性，建立适用范围更广、精度更高的音速推算方程。通过本项目的研究，将丰富流体音速的测量方法，为一些新型制冷剂和新型燃料的进一步研究与工程应用提供基础的热物性数据。

本项目重点围绕流体音速测量新方法展开研究，揭示了分子电极化率微观涨落引起的散射光电磁场变化与音速的作用机理；构建了散射光频谱特征参数与音速之间的数学物理模型；确立了自发布里渊散射音速测量的实验原理；搭建完成了国内首套自发布里渊光散射法流体音速测量实验系统，实现了流体气/液态下音速的高精度同步非接触式测量，测量不确定度小于0.5%。可实现253~573K温度范围、常压~27.3MPa压力范围内的流体音速测量，其中温度、压力测量标准不确定度分别为：0.021K (253~293K)和0.016 K(293~573K)、0.015MPa (<5.5MPa)和0.030Mpa (>5.5MPa)。实验台各项关键技术指标均达到或超过国际同类实验平台水平。利用该实验平台，本项目研究了燃料添加剂甲基叔丁基醚(MTBE)、异丙醚(DIPE)和生物燃料癸酸甲酯、月桂酸甲酯、豆蔻酸甲酯等一批新型燃料的音速，填补了293.15~493.15 K，1~10 MPa热力学区域内上述物质音速实验数据的空白，揭示了甲基叔丁基醚、异丙醚等物质音速在近临界区域随温度/压力的变化规律。此外，本项目还围绕音速相关的热物理性质展开了理论研究，揭示了分子平衡距离和势阱深度随温度的变化规律；提出了改进的2CLJDQP势能函数模型、Lorentz–Berthelot混合法则和3CLJDQP势能函数模型；对O2、Cl2、CH3CH3、CF3CF3、CO、NO、CH3Cl、CH3CF3、CF3CH2F、CH3F、CH3Cl、CO2等一系列同核线型、异核线型双原子分子，三原子线型分子的第二维里系数进行了预测，计算精度和温度适用范围显著提高。