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氦-3热力学性质和氦-3/氦-4混合工质脉管制冷性质研究

刘飞  
【摘要】:氦-3作为一种特殊的工质在低温工程、基础物理学和空间技术等领域有着重要用途,这些应用都需要可靠的氦-3热力学性质。而目前氦-3有关的热物性实验数据却十分稀缺,而且也没有适用于氦-3的宽范围状态方程,这给应用氦-3的研究人员带来了困难。本文以研究氦-3的热物性以及氦-3/氦-4混合工质脉管制冷性质为目标,开展了如下工作: 1.收集了大量有关氦-3的文献,整理了其中的热物性数据,将其转换成可以查找的电子数据库,便于对氦-3性质进行进一步的研究。 2.通过编写计算机程序,考察了五种常用的状态方程(理想气体状态方程,范德瓦尔方程,RK方程,RKS方程和PR方程)用于计算~3He在4K~100K温区定压下比容-温度关系的可行性,并将计算结果与实验数据进行了比较。这些比较结果将为~3He状态方程的研究提供有价值的参考。 3.利用改进量子对应态原理,建立了适合计算氦-3热物性的模型。与实验数据的比较结果表明,该模型在温度高于12K时用于计算氦-3 p-v-T性质具有较高的精度。 4.利用改进的Brayton循环理论模型,初步考察了氦-3/氦-4混合工质脉管制冷性质,结果表明混合工质能获得比单纯氦-4更高的制冷量和COP。 最后对本课题的研究进行了总结,并对下一步工作提出了建议。


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