高溫無機晶體材料比熱容的雙參數預測方法

作者：魏小林,李騰,李博,孫岑

摘要：高溫固體比熱容是工業流程設計中常用的熱物性數據,但通過實測獲取溫度達數千度的固體比熱容比較困難,因此許多含有復雜晶格的固體經常只存在有限溫度范圍內的比熱容測量數據。愛因斯坦模型和德拜模型可以適用于簡單的單原子晶體或某些雙原子晶體比熱容預測,但多原子復雜晶格固體的德拜溫度或愛因斯坦溫度難以準確獲得,使得這些模型難以準確預測這些固體比熱容。因此,利用統計熱力學方法,針對含多原子復雜晶格固體比熱容的測試困難問題,提出一種高溫固體比熱容的雙參數預測方法;該方法將多原子固體的晶格振型分為聲學支與光學支,假設這些固體的單個晶格原胞具有唯一的德拜特征溫度ΘD和愛因斯坦溫度ΘE;通過晶體學的基本參數獲得德拜特征溫度ΘD,通過固體比熱容的有限試驗數據或簡單物質的熱物性,反算出復雜晶格固體的愛因斯坦溫度ΘE;然后利用這2個主要影響參數預測高溫固體的理論比熱容。采用該雙參數預測方法對典型單原子、雙原子與多原子晶體的比熱容進行了預測計算,計算結果與試驗數據對比驗證表明,該方法誤差主要在溫度拐點和高溫區附近,在寬范圍變化的溫度區間內比熱容的預測誤差小于5%,有望為流程工業的固體熱物性數據提供一種簡單可靠的確定方法。

發文機構：中國科學院力學研究所高溫氣體動力學國家重點實驗室 中國科學院大學工程科學學院

關鍵詞：高溫固體比熱容雙參數預測方法high temperature solidspecific heat capacitytwo parameterprediction method

分類號： TQ172[化學工程—水泥工業]TK17[化學工程—硅酸鹽工業]