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Experimental Thermodynamics: Volume IX : Advances in Transport Properties of Fluids
发布日期:2015-12-18  浏览

Experimental Thermodynamics: Volume IX : Advances in Transport Properties of Fluids

[Book Description]

Written by the leading experts in the field, this book will provide a valuable, current account of the advances in the measurement and prediction of transport properties that have occurred over the last twenty years. Critical to industry, these properties are fundamental to, for example, the development of fossil fuels, carbon sequestration and alternative energy sources. This unique and comprehensive account will provide the experimental and theoretical background of near-equilibrium transport properties which provide the background when investigating industrial applications. Coverage includes new experimental techniques and how existing techniques have developed, new fluids eg molten metals, dense fluids, and critical enhancements of transport properties of pure substances. Practitioners and researchers in chemistry and engineering will benefit from this state of the art record of recent advances in the field of transport properties.

[Table of Contents]
Chapter 1 Acoustic Techniques for Measuring        1  (18)
Transport Properties of Gases
          Keith A. Gillis
          Michael R. Moldover
    1.1 Introduction: Acoustic Measurements of     1  (1)
    Gas Properties
    1.2 Shear Viscosity Measurements: The          2  (9)
    Greenspan Viscometer
      1.2.1 Description                            2  (3)
      1.2.2 Basic Theory                           5  (3)
      1.2.3 Experimental Results                   8  (3)
    1.3 Thermal Conductivity                       11 (3)
    1.4 Bulk Viscosity Measurements Near the       14 (3)
    Liquid-Vapor Critical Point
    References                                     17 (2)
Chapter 2 Optical Methods                          19 (56)
          Andreas Paul Fr?ba
          Stefan Will
          Yuji Nagasaka
          Jochen Winkelmann
          Simone Wiegand
          Werner K?hler
    2.1 Introduction to Optical Methods            19 (3)
    2.2 Light Scattering by Surface Waves -        22 (14)
    Surface Light Scattering
      2.2.1 Introduction                           22 (1)
      2.2.2 Basic Principles                       23 (4)
      2.2.3 Experimental                           27 (1)
      2.2.4 Measurement Examples and Data          28 (3)
      Evaluation
      2.2.5 Fields of Application                  31 (3)
      2.2.6 Conclusion                             34 (2)
    2.3 Laser-induced Capillary Wave Technique     36 (7)
      2.3.1 Introduction                           36 (1)
      2.3.2 Principle of Laser-induced             36 (2)
      Capillary Wave Technique
      2.3.3 Experimental Apparatus                 38 (1)
      2.3.4 Viscosity Measurement of Newtonian     39 (1)
      Liquids
      2.3.5 Applications to Milk Fermenting to     40 (3)
      Yogurt and Whole Blood
    2.4 Near-critical Light-scattering             43 (8)
    Techniques
      2.4.1 Introduction                           43 (1)
      2.4.2 Experimental Methods and Results       44 (3)
      2.4.3 Theoretical Interpretation             47 (2)
      2.4.4 Comparison of DLS-results with         49 (2)
      Taylor Dispersion Measurements
    2.5 Soret Coefficients of Binary Mixtures      51 (9)
      2.5.1 Introduction                           51 (1)
      2.5.2 Experimental Methods                   51 (7)
      2.5.3 Conclusion                             58 (2)
    2.6 Soret Coefficients of Ternary Mixtures     60 (8)
      2.6.1 Introduction                           60 (1)
      2.6.2 Theory                                 60 (2)
      2.6.3 Experimental Techniques                62 (5)
      2.6.4 Concluding Remarks                     67 (1)
    References                                     68 (7)
Chapter 3 NMR Diffusion Measurements               75 (21)
          William S. Price
    3.1 Introduction and Scope                     75 (1)
    3.2 NMR Relaxation Approach                    76 (1)
    3.3 Magnetic Gradient Based Approach           77 (15)
      3.3.1 Theory - The Ideal Case                77 (5)
      3.3.2 Complications                          82 (6)
      3.3.3 Common Pulse Sequences                 88 (2)
      3.3.4 Data Analysis                          90 (2)
    References                                     92 (4)
Chapter 4 Viscometers                              96 (36)
          Agilio A.H. P疆ua
          Daisuke Tomida
          Chiaki Yokoyama
          Evan H. Abramson
          Robert F. Berg
          Eric F. May
          Michael R. Moldover
          Arno Laesecke
    4.1 Vibrating-wire Viscometer                  96 (7)
      4.1.1 Principle of Operation                 97 (3)
      4.1.2 Absolute versus Relative               100(1)
      Measurements
      4.1.3 High-viscosity Standards               101(1)
      4.1.4 Expanding the Limits: Complex          102(1)
      Fluids and Online Measurements
    4.2 Falling Body Viscometer Developments:      103(5)
    Small Spheres
      4.2.1 Falling Ball Viscometer                103(3)
      4.2.2 Falling Sinker-type Viscometer         106(2)
    4.3 Rolling Sphere Viscometry in a Diamond     108(6)
    Anvil Cell
      4.3.1 Introduction                           108(1)
      4.3.2 The Rolling Sphere                     108(3)
      4.3.3 Error                                  111(1)
      4.3.4 Experimental Details                   112(2)
    4.4 Gas Viscosity-ratio Measurements with      114(7)
    Two-capillary Viscometers
      4.4.1 Introduction                           114(1)
      4.4.2 Single-capillary Viscometers           115(2)
      4.4.3 Two-capillary Viscometers              117(4)
    4.5 Sealed Gravitational Capillary             121(5)
    Viscometers for Volatile Liquids
      4.5.1 Introduction                           121(1)
      4.5.2 Instruments                            121(3)
      4.5.3 Vapor Buoyancy Correction              124(1)
      4.5.4 Radial Acceleration Correction         125(1)
    References                                     126(6)
Chapter 5 Thermal Conductivity and Diffusivity     132(41)
          Jiangtao Wu
          Marc J. Assael
          Konstantinos D. Antoniadis
          Chinhua Wang
          Andreas Mandelis
          Jingpei Hu
          Rui Tai
          R. Michael Banish
          J. Iwan D. Alexander
          Kenneth R. Harris
    5.1 The History of the Transient Hot-Wire      132(6)
    Technique
      5.1.1 The Period from 1780 to 1970           133(2)
      5.1.2 From 1971 to Today                     135(3)
    5.2 Photoacoustic and Photothermal Methods     138(9)
    and Tables of Thermophysical Property
    Measurements
    5.3 Reduced Algorithms for Diffusivity         147(10)
    Measurements
      5.3.1 Introduction                           147(2)
      5.3.2 Mathematical Formulations              149(8)
    Acknowledgements                               157(1)
    5.4 Diffusion Techniques for High Pressure     158(7)
    and Low and High Temperatures
      5.4.1 Introduction                           158(1)
      5.4.2 Mutual Diffusion Techniques            159(4)
      5.4.3 Self-diffusion                         163(2)
    References                                     165(8)
Chapter 6 New Fluids                               173(53)
          William A. Wakeham
          Ivan Egg
          J?rgen Brillo
          Yuji Nagasaka
          Marc J. Assael
          Joan F. Brennecke
          Marjorie Massel
          Chaojun Shi
    6.1 Introduction to New Fluids                 173(3)
    6.2 Molten Metals and Microgravity             176(12)
      6.2.1 Introduction                           176(1)
      6.2.2 Thermophysical Properties              177(10)
      6.2.3 Summary and Outlook                    187(1)
    6.3 Forced Rayleigh Scattering Application     188(6)
    to High Temperature Thermal Diffusivity of
    Molten Salts
      6.3.1 Introduction                           188(1)
      6.3.2 Principle of Forced Rayleigh           189(1)
      Scattering Technique and Experimental
      Apparatus for Molten Alkali Halides
      6.3.3 Thermal Diffusivity Measurement of     189(3)
      Molten Alkali Halides
      6.3.4 Experimental Apparatus Using CO2       192(1)
      Laser for Molten Carbonates
      6.3.5 Thermal Diffusivity Measurement of     192(2)
      Molten Carbonates
    6.4 Surface Light Scattering Technique for     194(6)
    Viscosity and Surface Tension of Molten
    Silicon and Molten LiNbO3
      6.4.1 Introduction                           194(1)
      6.4.2 Principle of Surface Light             194(1)
      Scattering Technique
      6.4.3 Experimental Apparatus                 195(1)
      6.4.4 Interfacial Tension Measurement of     196(1)
      Molten Silicon
      6.4.5 Interfacial Tension and Viscosity      197(3)
      Measurement of Molten LiNbO3
    6.5 Application of the Transient Hot-Wire      200(10)
    Technique to Melts
      6.5.1 Theoretical                            200(1)
      6.5.2 Working Equations                      201(2)
      6.5.3 Practical Design                       203(2)
      6.5.4 Instrument Assembly                    205(1)
      6.5.5 Automatic Bridge                       205(1)
      6.5.6 Derivation of Thermal Conductivity     206(2)
      6.5.7 Uncertainty                            208(1)
      6.5.8 Selected Measurements                  208(1)
      6.5.9 Conclusions                            209(1)
    6.6 Ionic Liquids                              210(9)
      6.6.1 Introduction                           210(1)
      6.6.2 Experimental Techniques for            210(1)
      Viscosity, Thermal Conductivity and
      Electrical Conductivity
      6.6.3 Viscosity                              211(3)
      6.6.4 Thermal Conductivity                   214(2)
      6.6.5 Electrical Conductivity                216(2)
      6.6.6 Conclusions                            218(1)
    References                                     219(7)
Chapter 7 Dilute Gases                             226(27)
          Eckard Bich
          James B. Mehl
          Robert Hellmann
          Velisa Vesovic
    7.1 Monatomic Gases                            226(8)
      7.1.1 Introduction                           226(2)
      7.1.2 Transport Properties of Pure Gases     228(2)
      - Helium and Argon
      7.1.3 Transport Properties of Gas            230(2)
      Mixtures - Helium-Krypton Mixture
      7.1.4 Summary and Outlook                    232(2)
    7.2 Polyatomic Gases                           234(13)
      7.2.1 Introduction                           234(3)
      7.2.2 Transport Properties of Hydrogen       237(1)
      7.2.3 Transport Properties of Non-polar      238(2)
      Gases - Methane
      7.2.4 Transport Properties of Polar Gases    240(2)
      - Water Vapour
      7.2.5 General Observations                   242(4)
      7.2.6 Summary and Outlook                    246(1)
    References                                     247(6)
Chapter 8 Dense Fluids: Viscosity                  253(35)
          Velisa Vesovic
          J.P. Martin Trusler
          Marc J. Assael
          Nicolas Riesco
          Sergio E. Qui?ones-Cisneros
    8.1 Introduction                               253(3)
    8.2 The Vo Scheme                              256(7)
      8.2.1 The Assael and Dymond Scheme           256(2)
      8.2.2 The Extended Assael and Dymond         258(3)
      Scheme
      8.2.3 Summary and Outlook                    261(2)
    8.3 The Viscosity of Dense Mixtures: The       263(12)
    Vesovic-Wakeham Method
      8.3.1 Introduction                           263(4)
      8.3.2 Mixture Viscosities                    267(5)
      8.3.3 Summary and Outlook                    272(2)
      Acknowledgements                             274(1)
    8.4 The Friction Theory for Viscosity          275(9)
    Modelling
      8.4.1 Basic Concepts                         275(1)
      8.4.2 Applications of the Friction Theory    276(7)
      8.4.3 Summary and Outlook                    283(1)
    References                                     284(4)
Chapter 9 Dense Fluids: Other Developments         288(49)
          Horacio R. Corti
          M. Paula Longinotti
          Josefa Fern疣dez
          Enriqueta R. L?pez
          Alois W?rger
    9.1 Introduction                               288(2)
    9.2 Transport in Supercooled Liquids           290(17)
      9.2.1 Supercooled Liquids:                   290(1)
      Crystallization vs. Vitrification
      9.2.2 Relaxation Dynamics of Glass           291(2)
      Forming Liquids: α- and
      β-Relaxations
      9.2.3 Structural Relaxation and              293(1)
      Viscosity: Strong and Fragile Liquids
      9.2.4 Theories for the Behavior of the       294(2)
      Viscosity of Supercooled Liquids
      9.2.5 Mass and Charge Transport in           296(2)
      Supercooled Liquids
      9.2.6 Diffusion-Viscosity Decoupling         298(3)
      9.2.7 Diffusivity and Viscosity of           301(2)
      Supercooled Water
      9.2.8 Mobility-Viscosity Decoupling in       303(2)
      Water Solutions
      9.2.9 Summary and Outlook                    305(2)
    9.3 Density Scaling Approach                   307(11)
      9.3.1 Introduction                           307(1)
      9.3.2 Thermodynamic Scaling and Models       308(5)
      9.3.3 Scaling of Different Transport         313(3)
      Properties
      9.3.4 Summary and Outlook                    316(1)
      Acknowledgements                             317(1)
    9.4 Thermal Diffusion in Binary Mixtures       318(12)
      9.4.1 Introduction                           318(1)
      9.4.2 Non-equilibrium Thermodynamics         319(1)
      9.4.3 Thermal Diffusion Coefficient in       320(2)
      the Absence of Viscous Effects
      9.4.4 Mixtures of Alkanes                    322(1)
      9.4.5 Composition Dependence                 323(2)
      9.4.6 Isotope Effect                         325(2)
      9.4.7 Viscous Effects                        327(1)
      9.4.8 Thermal Diffusion in Electrolyte       328(1)
      Solutions
      9.4.9 Outlook and Open Problems              329(1)
    Acknowledgements                               330(1)
    References                                     330(7)
Chapter 10 Fluids near Critical Points             337(25)
          Jan V. Sengers
          Richard A. Perkins
    10.1 Introduction                              337(1)
    10.2 Wave-number Dependence of Diffusivity     338(3)
    near the Critical Point
    10.3 Non-asymptotic Critical Behavior of       341(6)
    Thermal Conductivity of One-component Fluids
      10.3.1 Olchowy-Sengers Approximation         342(3)
      10.3.2 Kiselev-Kulikov Approximation         345(1)
      10.3.3 Ferrell Approximation                 346(1)
    10.4 Non-asymptotic Critical Behavior of       347(3)
    Viscosity of One-component Fluids
    10.5 Asymptotic Critical Behavior of           350(3)
    Transport Properties of Binary Fluid
    Mixtures
    10.6 Non-asymptotic Critical Behavior of       353(2)
    Thermal Conductivity of Binary Fluid
    Mixtures
    10.7 Discussion                                355(1)
    10.A Appendix: Critical Exponents and          356(1)
    Critical Amplitudes
    Acknowledgement                                357(1)
    References                                     357(5)
Chapter 11 Computer Simulations                    362(25)
          Guillaume Galliero
    11.1 Introduction                              362(1)
    11.2 Classical Molecular Dynamics              363(3)
      11.2.1 Molecular Models                      363(2)
      11.2.2 Main Principles                       365(1)
    11.3 Computing Transport Properties            366(3)
      11.3.1 Equilibrium Approach                  367(1)
      11.3.2 Non-equilibrium Approaches            368(1)
    11.4 Transport Properties of Model Fluids      369(7)
      11.4.1 Pure Fluids Composed of Spheres       370(3)
      11.4.2 Mixtures Composed of Spheres          373(2)
      11.4.3 Polyatomic Fluids                     375(1)
    11.5 Transport Properties of Realistic         376(4)
    Fluids
      11.5.1 Simple Fluids                         377(2)
      11.5.2 Molecular Fluids379(1)
      11.5.3 Hydrogen Bonding and Ionic Fluids     380(1)
    11.6 Summary and Outlook                       380(1)
    Acknowledgments                                381(1)
    References                                     382(5)
Subject Index                                      387
 

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