表面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)是流體(ti)的(de)(de)(de)(de)一項(xiang)重要(yao)基礎熱物(wu)性(xing)。它(ta)在熱力(li)(li)工程、化(hua)學工程及(ji)很多(duo)工程應用(yong)中均有重要(yao)意(yi)義。表面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)方法有很多(duo)種，其中由于理論(lun)以及(ji)經驗(yan)、半經驗(yan)公(gong)式進行的(de)(de)(de)(de)流體(ti)表面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)要(yao)么精度(du)不(bu)高(gao)、要(yao)么使用(yong)范圍(wei)非(fei)常有限，所以可靠的(de)(de)(de)(de)數據還是來(lai)源于實驗(yan)。近年來(lai)，隨著(zhu)激(ji)光(guang)(guang)(guang)技術的(de)(de)(de)(de)發展，激(ji)光(guang)(guang)(guang)檢測(ce)技術被越來(lai)越多(duo)地應用(yong)到了(le)測(ce)試(shi)領域。同(tong)樣，越來(lai)越多(duo)的(de)(de)(de)(de)科研(yan)(yan)(yan)(yan)工作者(zhe)(zhe)也(ye)開始嘗(chang)試(shi)將激(ji)光(guang)(guang)(guang)測(ce)試(shi)技術應用(yong)到流體(ti)的(de)(de)(de)(de)熱物(wu)性(xing)測(ce)量領域。對于表面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)測(ce)量，激(ji)光(guang)(guang)(guang)散射的(de)(de)(de)(de)方法正在越來(lai)越多(duo)的(de)(de)(de)(de)吸引著(zhu)國際研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)者(zhe)(zhe)的(de)(de)(de)(de)注意(yi)，但在國內卻一直沒(mei)有相關的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)報導。本文(wen)在這種情況(kuang)下，在國內首次系統(tong)的(de)(de)(de)(de)開展了(le)激(ji)光(guang)(guang)(guang)散射法測(ce)量液體(ti)表面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)理論(lun)和實驗(yan)研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)工作，搭建了(le)實驗(yan)系統(tong)，并利用(yong)該(gai)系統(tong)對一些清潔汽車替代燃料的(de)(de)(de)(de)表面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)進行實驗(yan)研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)。在實驗(yan)研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)的(de)(de)(de)(de)基礎上(shang)，本文(wen)也(ye)開展了(le)部分流體(ti)表面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)推算的(de)(de)(de)(de)理論(lun)研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)工作。

本文的工作主要包(bao)括以(yi)下幾個方面：

1.對(dui)激光(guang)(guang)散射測(ce)(ce)量(liang)液體表面張力的(de)方法進(jin)行(xing)了(le)(le)(le)系統(tong)的(de)理(li)論(lun)和實(shi)(shi)驗(yan)(yan)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)，詳細的(de)分析了(le)(le)(le)其物理(li)模型以及實(shi)(shi)驗(yan)(yan)中的(de)影響因素，并(bing)搭建(jian)了(le)(le)(le)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)系統(tong)。在(zai)(zai)理(li)論(lun)計算的(de)基礎上(shang)，首(shou)次提出了(le)(le)(le)用(yong)光(guang)(guang)楔作為(wei)(wei)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)中的(de)分光(guang)(guang)元件，并(bing)根據(ju)光(guang)(guang)頻外差原理(li)設計了(le)(le)(le)一種新的(de)光(guang)(guang)路系統(tong)，該系統(tong)增強了(le)(le)(le)參考光(guang)(guang)與(yu)(yu)散射光(guang)(guang)的(de)干涉，提高了(le)(le)(le)待測(ce)(ce)光(guang)(guang)信(xin)(xin)號的(de)強度(du)，并(bing)使得(de)本(ben)文與(yu)(yu)國(guo)際上(shang)其他研(yan)(yan)(yan)究(jiu)者相比(bi)采用(yong)了(le)(le)(le)較小(xiao)功率(lv)的(de)激光(guang)(guang)器(20mW)實(shi)(shi)現了(le)(le)(le)測(ce)(ce)量(liang)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)工作。在(zai)(zai)信(xin)(xin)號處理(li)中采用(yong)了(le)(le)(le)信(xin)(xin)號平均(jun)技(ji)術，并(bing)通過實(shi)(shi)驗(yan)(yan)確定(ding)了(le)(le)(le)最佳單次掃描時(shi)間(jian)為(wei)(wei)12ms，最佳平均(jun)次數為(wei)(wei)600次，單次測(ce)(ce)量(liang)時(shi)間(jian)約為(wei)(wei)7s。排(pai)除了(le)(le)(le)容(rong)器尺寸對(dui)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)的(de)影響，并(bing)最終確定(ding)容(rong)器直徑為(wei)(wei)106mm。利用(yong)水(shui)(shui)和乙醇對(dui)該系統(tong)進(jin)行(xing)了(le)(le)(le)表面張力校核實(shi)(shi)驗(yan)(yan)，實(shi)(shi)驗(yan)(yan)誤(wu)差小(xiao)于(yu)±2%，整(zheng)個實(shi)(shi)驗(yan)(yan)系統(tong)與(yu)(yu)國(guo)際先進(jin)水(shui)(shui)平相當。

2.針(zhen)對(dui)目前(qian)清潔汽車替代(dai)燃料研究(jiu)(jiu)的熱點問題，利用新研制的激光散射法測量(liang)液(ye)體(ti)表面(mian)張(zhang)力(li)(li)實(shi)驗(yan)(yan)系統(tong)對(dui)柴油(you)和(he)(he)(he)二(er)甲氧基甲烷(C_3H_8O_2)、柴油(you)和(he)(he)(he)碳酸二(er)甲酯(zhi)(C_3H_6O_3)、柴油(you)和(he)(he)(he)乙(yi)醇(chun)(C_2H_6O_2)、汽油(you)和(he)(he)(he)二(er)甲氧基甲烷、汽油(you)和(he)(he)(he)碳酸二(er)甲酯(zhi)、汽油(you)和(he)(he)(he)乙(yi)醇(chun)混合物的表面(mian)張(zhang)力(li)(li)進(jin)行了系統(tong)的實(shi)驗(yan)(yan)研究(jiu)(jiu)，實(shi)驗(yan)(yan)測量(liang)誤差小于(yu)±2%。共獲得126個表面(mian)張(zhang)力(li)(li)數(shu)(shu)據(ju)點，所獲得的實(shi)驗(yan)(yan)數(shu)(shu)據(ju)均(jun)未見有文獻報導(dao)。計算了混合物的過余表面(mian)張(zhang)力(li)(li)，并把(ba)實(shi)驗(yan)(yan)數(shu)(shu)據(ju)擬合成(cheng)了成(cheng)分的函(han)數(shu)(shu)，擬合的標準(zhun)偏差不大于(yu)0.097mN·m~(-1)。

3.利(li)(li)用汞線法對(dui)(dui)石英毛細管的(de)內徑進行了仔細的(de)標(biao)定(ding)(ding)，在此基礎上，首(shou)次利(li)(li)用雙根毛細上升法對(dui)(dui)碳(tan)酸二甲酯(zhi)飽和(he)液體的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)進行了系統的(de)實驗研究。實驗測(ce)量的(de)溫(wen)度(du)區間為282~371K，共獲得31個表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)數(shu)據點。溫(wen)度(du)測(ce)量不(bu)確定(ding)(ding)度(du)小(xiao)于±20mK(ITS-90)，表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)測(ce)量不(bu)確定(ding)(ding)度(du)小(xiao)于±2%。利(li)(li)用兩種(zhong)溫(wen)度(du)函數(shu)對(dui)(dui)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)的(de)數(shu)據進行了擬合，擬合的(de)平均偏差分別為0.0776和(he)0.0270mN·m~(-1)。

4.提出了(le)(le)一種新的(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)估(gu)算(suan)(suan)(suan)非(fei)極性(xing)(xing)、弱極性(xing)(xing)流體純質或其(qi)二(er)元混合物(wu)表面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)的(de)(de)(de)對(dui)比(bi)(bi)態模(mo)型(xing)(xing)，該(gai)(gai)模(mo)型(xing)(xing)基于(yu)(yu)(yu)兩參(can)考流體并采(cai)用(yong)(yong)(yong)了(le)(le)一種新的(de)(de)(de)對(dui)比(bi)(bi)參(can)數計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)方(fang)程(cheng)(cheng)，方(fang)程(cheng)(cheng)中共使用(yong)(yong)(yong)了(le)(le)四個參(can)數：臨(lin)(lin)界(jie)溫度Tc、臨(lin)(lin)界(jie)比(bi)(bi)容Vc、臨(lin)(lin)界(jie)壓力(li)Pc和(he)(he)偏心(xin)因子ω，其(qi)中偏心(xin)因子作為尺度參(can)數，另外(wai)三個用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)對(dui)比(bi)(bi)表面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)。該(gai)(gai)模(mo)型(xing)(xing)用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)純質的(de)(de)(de)表面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)時(shi)，采(cai)用(yong)(yong)(yong)甲烷和(he)(he)正辛(xin)烷作為參(can)考流體；用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)二(er)元混合物(wu)的(de)(de)(de)表面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)時(shi)，采(cai)用(yong)(yong)(yong)純組分作為參(can)考流體。利用(yong)(yong)(yong)69種純質和(he)(he)20種二(er)元混合物(wu)的(de)(de)(de)985個表面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)數據點(dian)進行了(le)(le)檢(jian)驗計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)，其(qi)平均偏差(cha)分別為0.28mN·m~(-1)和(he)(he)0.20mN·m~(-1)。利用(yong)(yong)(yong)此模(mo)型(xing)(xing)所(suo)得的(de)(de)(de)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)結果(guo)與實驗數據吻合良(liang)好，特別是該(gai)(gai)模(mo)型(xing)(xing)用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)二(er)元混合物(wu)的(de)(de)(de)表面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)時(shi)，結果(guo)要(yao)明顯(xian)優于(yu)(yu)(yu)文獻中的(de)(de)(de)其(qi)他(ta)兩種對(dui)比(bi)(bi)態模(mo)型(xing)(xing)。另外(wai)，隨著過余(yu)表面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)增(zeng)大(da)，計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)誤(wu)差(cha)也逐漸增(zeng)大(da)，當過余(yu)表面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)小于(yu)(yu)(yu)3mN·m~(-1)時(shi)，利用(yong)(yong)(yong)本文方(fang)法得到的(de)(de)(de)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)誤(wu)差(cha)小于(yu)(yu)(yu)0.5mN·m~(-1)。