基于Excel的平均自由行程计算器

基于Excel的平均自由行程计算器

基于气体分子的分子量和分子直径数据，本文介绍了一个用于计算平均自由行程、平均分子速度、碰撞频率以及Kn数的Excel程序。该程序采用VBA事件处理进行计算，并允许用户添加或修改气体分子数据。

计算公式

平均自由行程

[ \lambda=\frac{1}{\sqrt{2}\pi d^2 n}=\frac{kT}{\sqrt{2}\pi d^2 p} ]

平均分子速度

[ \overline{v}=\sqrt{\frac{8kT}{\pi m}}=\sqrt{\frac{8RT}{\pi M}}]

碰撞频率

[ Z=\frac{\overline{v}}{\lambda} ]

Kn数

[ {\rm Kn}=\frac{\lambda}{L}　]

• ({\displaystyle \mathrm {Kn} <0.01}): 连续流
• ({\displaystyle 0.01<\mathrm {Kn} <0.1}): 滑移流
• ({\displaystyle 0.1<\mathrm {Kn} <10}): 过渡流
• ({\displaystyle \mathrm {Kn} >10}): 自由分子流

Excel程序下载

Mean-Free-Path-Calculator-Ver1

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Excel程序说明

"Mean Free Path"工作表

当输入所需数值时，程序将通过事件处理自动计算各项物理量。

• C5单元格：从下拉列表中选择气体分子
• C6单元格：设置分子量( M )（也可直接输入）
• C7单元格：设置分子直径( d )（也可直接输入）
• C8单元格：输入压力( p )
• C9单元格：输入温度( T )
• C10单元格：输入特征尺寸( L )
• C11单元格：计算平均自由行程( \lambda )（当( d, p, T )输入后计算）
• C12单元格：计算分子平均速度(\overline{v})（当( M, T )输入后计算）
• C13单元格：计算碰撞频率( Z )（由( \lambda )和(\overline{v})计算）
• C13单元格：计算Kn数（由( L )和( \lambda )计算）
• D7-D12单元格：可从下拉列表中更改单位
• D14单元格：显示Kn数大小对应的流动状态
• 若要清除输入和计算结果，请点击“Reset”按钮

"Gas List"工作表

本工作表包含气体分子的分子量和分子直径的样本数据。分子直径的单位为pm（皮米）。根据需要可进行添加或修改。

参考网站

本次Excel程序的开发参考了以下网站：

• Mean Free Path Calculator