气体粘度、气体流动滑移与颗粒介质渗透特性的关联研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
50976059
项目类别：
面上项目
资助金额：
36.0万
负责人：
雷树业
依托单位：
清华大学
学科分类：
E0606.热物性与热物理测试技术
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
厉日竹；李辉；安珍彩；李伟；张有为；莫少嘉；连红奎；周树勇；陈明辉；
关键词：
流动滑移气体粘度系数多孔介质渗透特性

项目摘要

气体粘度和气体在壁面上的滑移是决定流动气体与壁面间粘性力的两个方面。给定粘性力，低估或忽略气体在壁面上的滑移，必然导致偏低的粘度系数。反过来，偏低的粘度系数必然导致过低的滑移评估。这给通过粘性力测量确定这两个参数大小的有效性提出质疑。窄筛分水洗沙渗透率－孔隙率关系的水测和气测对比实验为气体粘度和流动滑移的界定提供了可能。理论和实验分析表明，物性数表中的气体粘度系数只是某一特定条件下的视在粘度系数，包括流动滑移成分。流动滑移也远比现认定的强。本申请研究拟通过球型颗粒介质渗透率－孔隙率关系水测和气测在更大粒度变化范围内的对比实验，采用数值模拟和实验相结合的方法重新研究这一问题。这一课题的完成不仅对困惑理论界一百多年来的气体粘度、流动滑移有一个新的认识，也必将对以气体粘度系数，导热系数等输运系数为基础物性数据的气体动力学，渗流力学，传热传质学，物理化学以及以此为基础的工程应用学科产生重大影响。

结项摘要

本项目完成了气体粘度，气体流动滑移与颗粒介质渗流特性的关联研究。并在此基础上对与气体粘度，气体流动滑移紧密相关的气体输运系数相关理论进行了拓展研究。按照计划，本研究对颗粒介质水测和气测实验测量系统进行了改造，在同一个实验测量管上完成了珠状颗粒介质渗透率的对比实验测量。实验研究再次证实，随粒度变细，无因次渗透率变大是气测渗透率所固有的，水测渗透率没有这种规律；气体流动滑移的影响不仅表现在随粒度的变化上，也表现在随孔隙率的变化上；气体流动滑移不限于Kn>10-3界定；被作为标准数据使用的物性数表气体粘度并非气体真实粘度，它包括了流动滑移影响成分；气体真实粘度高于物性数表粘度1.4倍以上。本研究结论涉及多学科研究基础，一下子很难被学术界接受。考虑到颗粒介质渗透特性影响因素多，依靠数值模拟研究也很难说清楚是流动滑移影响的结果还是其它原因，因此，关联研究完成后，集中开展了气体输运理论的研究。气体粘度，气体导热系数和扩散系数是分子热运动成就的气体内部动量，能量和质量传递系数。它们是气体状态参数，物理机制决定了它们之间存在简单关系，从平衡态分子运动入手对它们可以进行有效研究。然而，气体输运系数的实验测量并不支持如上结论，导致了近一个半世纪的学术困惑。气体粘度实验测量低于其真实值再次被证实为问题解决提供了新的研究基础。拓展研究发现，除气体粘度实验测量的问题外，原气体输运系数理论也存在简单关系被扭曲的问题。这就是在能量输运研究中只考虑的分子热运动动能，而忽略了分子间可能存在的势能。本研究从理想气体能量守恒方程和理想气体状态方程分析入手，结合气体热传导过程实际，从理论上提出来理想气体分子热势能这一全新的势能概念。气体分子热势能的引入从根本上解决了气体导热系数理论预测不确定性偏低问题，同时也使气体导热系数与粘度间关系具有了唯一确定性。如果说关联研究为气体粘度，气体流动滑移影响的提供了一种实验界别手段的话，那么拓展研究则从理论上给出了确定气体粘度的新方法：应用其与导热系数间唯一确定的关系，在此基础上，重新审视气体流速与切向粘性阻力间关系，会相信从有限的实验数据中可以得出有关气体流动滑移公共信息来。.本申请研究涉及气体分子运动论，气体运动理论，动力理论的研究基础和众多应用基础学科的发展方向。所得结论一下子还很难被学术界接受，没有论文被录用发表。相信随时间推移，终会被接受。