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混合气体声复合弛豫频谱的解析模型
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O482.531[理学—固体物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]华中科技大学电子与信息工程系,武汉430074
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:60971009,61001011),高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20090142110019),湖北省自然科学基金(批准号:2010CDB02701)和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:2012QN083)资助的课题
中文摘要:

为研究声传播和分子多模式振动能量弛豫的相互关系,本文提出了一种混合气体声 复合弛豫频谱的解析模型.该模型从振动模式微观能量转移及其耦合形成宏观弛豫过程两个角度, 分析了依赖于声频率的混合气体有效热容.并通过求解振动模式能量转移的通用弛豫方程, 最终得到可同时体现主副弛豫过程的声弛豫吸收和声频散的解析结果.仿真结果表明, 对于CO2, CH4, N2和O2组成的多种混合气体, 该模型的声吸收谱与实验数据相符,峰值误差在1%以内,且反映了多振动模式形成的 声复合弛豫吸收谱上通常仅会显现1-2个吸收波峰的物理现象.与已有模型相比, 本解析模型可直接求出混合气体声弛豫频谱上特征点的解析形式,并利于对其进行定性定量分析. 从而为研究声传播特性与气体分子弛豫特性的相互关系提供了一个有效理论模型.

英文摘要:

To identify the correlation between sound propagation and molecular multimode vibrational relaxation in polyatomic gas mixture, an analytical model that constructs acoustic multi-relaxation spectrum is presented. The frequency-dependent effective specific heat of gas is formulated from the micro view of vibrational mode energy transfer as well as the macro view of relaxation process due to vibrational-vibrational mode energy coupling. With the aid of the general relaxation equations of multimode vibrational energy transfer, the analytical expressions to calculate acoustic relaxation absorption and dispersion, which reflect both primary and secondary relaxation processes, are developed from the effective specific heat. The constructed absorption spectra of various gas mixtures, consisting of carbon dioxide, methane, nitrogen, and oxygen, accord with the experimental data very well. Especially, the peak errors of those results are less than 1%. Moreover, the simulation results illustrate that less than two single processes with higher strength appear generally in a multi-relaxation absorption spectrum. Compared with the existing models, the analytical model can directly obtain the analytical expressions of characteristic points in the relaxation spectrum of gas mixtures, which makes it advantageous to analyze the spectral characteristics qualitatively and quantitatively. Consequently, the model provides an effective approach to analyzing the relationship between sound propagation and molecular vibrational relaxation of gas mixtures.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876