عنوان پایان‌نامه
خواص انتقالی برخی سیالات در نزدیکی نقطه بحرانی
- رشته تحصیلی
- شیمی فیزیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5227;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 60881
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- وحید محمدی
- استاد راهنما
- حسن به نژاد
- چکیده
- در این پروژه ابتدا به توصیف رفتار خواص ترمودینامیکی سیالات در نزدیکی نقطه‌ی بحرانی می‌پردازیم. مدل آیزینگ به عنوان یک مدل بنیادی برای انتقال فاز معرفی و ترجمه‌ی آن برای سیالات به نام مدل گاز شبکه توضیح داده می‌شود. در ادامه رفتار عمومی سیالات در نزدیکی نقطه‌ی بحرانی را در قالب قوانین مقیاس گذاری ساده، اصلاح شده و کامل، توان ها و دامنه‌های بحرانی بیان می‌کنیم. خواص ترمودینامیکی سیستم‌ها در نزدیکی نقطه بحرانی دارای افت وخیز های بزرگ در پارامتر نظم است که با انتقال فاز در نقطه بحرانی اتفاق می‌افتد. پارامتر نظم برای سیالات خالص در نزدیکی نقطه بحرانی بخار- مایع، چگالی است. افت و خیزهای چگالی تاثیر قابل ملاحظه‌ای بر خواص ترمودینامیکی و انتقالی سیالات در نزدیکی نقطه بحرانی دارند. طول همبستگی معیاری از این افت و خیزها در پارامتر نظم است. در بخش دوم این پروژه به بیان خواص انتقالی سیالات می‌پردازیم. خواص انتقالی بر خلاف خواص ترمودینامیکی در قالب سیستم‌های غیر تعادلی بررسی می‌شوند. بطور کلی برای توصیف خواص انتقالی، آنها را به صورت مجموع دو بخش زمینه‌ای (نرمال) و افزایش بحرانی در نظر می‌گیرند. بخش بحرانی مربوط به اثرات افت و خیزهای بزرگ در پارامتر نظم است، در حالی که بخش زمینه‌ای فاقد این اثرات می‌باشد. بخش نرمال خود به دو سهم تقسیم می‌شود: خواص انتقالی در حد گاز رقیق که تنها تابعی از دما است و خواص انتقالی اضافی که وابستگی بیشتری به چگالی و وابستگی کمتری به دما دارند. خواص انتقالی در حد گاز رقیق توسط نظریه‌ی جنبشی گازها، بخش اضافی با نظریه‌ی رینواتر- فرند، نظریه‌ی انسکوگ و نظریه‌ی اصلاح شدهصی انسکوگ توصیف می‌شوند. بخش اصلی مربوط به سهم افزایش بحرانی است که تحت دو نظریه‌ی جفت‌شدن مدها و بازبهنجارش گروه بیان می‌شود. از طرفی معادلات حاصل از این نظریه‌ها در محدوده‌ی بسیار کوچکی حول نقطه بحرانی صادق می‌باشند و از طرف دیگر داده‌های تجربی کمی در نزدیکی نقطه‌ی بحرانی وجود دارد تا رفتار توانی مجانبی این معادلات را تأمین کند. بنابراین معادلات عبوری مناسبی برای هر یک از خواص انتقالی نیاز است که رفتار تکینگی مجانبی نزدیک نقطه ی بحرانی تا رفتار زمینه‌ای دور از نقطه بحرانی را توصیف کنند. در نهایت در بخش نتایج با بکارگیری معادله‌ی عبوری ساده شده‌ی هدایت گرمایی، رفتار تعدادی از مبردها را در چندین همدمای نزدیک و دور از نقطه‌ی بحرانی مورد بررسی قرار می‌دهیم. سیستم‌های مورد بررسی R218، R141b،R32 ،R125, R134a و Rc318 می‌باشند. تمامی داده‌های تجربی مربوط به این سیستم‌ها در محدوده‌ی فشاری1 MPa / تا10 MPa از پایگاه اطلاعاتی NIST بدست آمده است. توابع همبستگی سهم زمینه ای هدایت گرمایی، توابع پیشنهادی کایزلف و تابع عبوری هدایت گرمایی، تابع پیشنهادی سینگرز هستند. به این دلیل که برای برخی از سیستم‌های فوق مانند R218 و Rc318 معادله حالت عبوری مناسبی پیشنهاد نشده است و در معادله معرف طول همبستگی، مشتق چگالی نسب به فشار مورد نیاز است، برای محاسبه مشتق مذکور از مشتق گیری عددی استفاده می‌شود. به این منظور، گام‌های افزایش فشار 1/ انتخاب و محاسبات به صورت عددی انجام شده است. نتایج حاصل حاکی از توافق بسیار خوب معادلات تئوری با مقادیر تجربی می‌باشند.
- Abstract
- In this project, we first study the thermodynamic properties of fluids near the critical point. Ising model as a fundamental model will be introduced for phase transitions, and its translation named lattice gas will be described for fluids. Then, the general behavior of fluids near the critical point in terms of simple scaling laws, revised and complete scaling, amplitudes and critical exponents are expressed. Thermodynamic properties of the systems near the critical point have large fluctuations in the order parameter, which with the phase transition occurs at the critical point. The density is the order parameter for the pure fluids near the critical point. Density fluctuations have a significant effect on the behavior of thermodynamic and transport properties of fluids near their critical point. The correlation length is a criterion of the fluctuations of the order parameter. In the second part of the project we will focus on the transport properties of fluids. In contrast with the thermodynamic properties, the transport properties are investigated in framework of non-equilibrium systems. To describe the transport properties, we consider them as the sum of two contributions: background contribution (normal) and critical enhancement. The critical contribution is related to the large fluctuations in order parameter, while the background contribution is independent to these effects. The normal contribution is divided into two portions: the dilute gas transport properties as a function of temperature, and excess transport properties which are more dependent to density and less dependent to temperature. The transport properties of dilute gases are described by kinetic theory, the excess contribution by Rainwater-Friend theory theory and the modified Enskog theory .The main subject is related to the critical enhancement contribution which states under the mode coupling theory and the renormalization group theory. The obtained equations from the mentioned theories are valid in a very small range around the critical point. On the other hand, there is a small number of experimental data near the critical point to provide the asymptotic behavior of these equations. Therefore we need an adequate crossover function for each of the transport properties to describe the singularity asymptotic behavior in the critical point to the background behavior away from the critical point. Finally, using the simplified crossover function of thermal conductivity the behavior of the some refrigerant at several isotherms near and far away from the critical point are investigated. The studied systems included R134a, R125, R32, R141b, R218 and Rc318. All empirical data are obtained from NIST database and the range of pressure is between 0.1 MPa and 10 MPa. The Correlation functions of the thermal conductivity functions are the functions proposed by Kiselev and the thermal conductivity functions are the functions proposed by Singers. To this end, the incremental steps in pressure was 0.1 and the numerical calculations carried out. The results showed very good agreement with experimental data and theoretical equations.
