基于雙液芯柱透鏡的等高度法測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)及液體吸水性研究

發(fā)布時(shí)間：2020-06-11 16:46

【摘要】：液相擴(kuò)散系數(shù)是一個(gè)廣泛應(yīng)用于物理、化工、生物、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等領(lǐng)域,對(duì)傳質(zhì)過程的研究,傳質(zhì)速率的計(jì)算及化工設(shè)計(jì)與開發(fā)具有重要意義的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。液相擴(kuò)散系數(shù)主要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量溶液的濃度隨空間和時(shí)間的變化,基于Fick定律計(jì)算得到。本論文采用可在特定折射率位置消除球差或在一個(gè)較寬折射率范圍內(nèi)減小球差的雙液芯柱透鏡作為擴(kuò)散池和成像元件,提出一種新的計(jì)算液相擴(kuò)散系數(shù)的方法——等觀察高度測(cè)量法,利用該方法測(cè)量了0.33 mol/L KCl溶液和不同濃度NaCl溶液的擴(kuò)散系數(shù)。基于雙液芯柱透鏡的折射率空間分辨測(cè)量能力,論文對(duì)乙二醇的吸水性也做了初步的分析研究。論文的主要內(nèi)容和研究結(jié)果如下:1、介紹一種計(jì)算液相擴(kuò)散系數(shù)的方法——等觀察高度測(cè)量法,觀察記錄擴(kuò)散圖像某一固定位置處寬度的變化,解出濃度變化。求解實(shí)驗(yàn)濃度分布與基于Fick第二定律高斯誤差函數(shù)解,理論計(jì)算得到的濃度分布之間的最小偏差平方和,其對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)D值即為實(shí)驗(yàn)測(cè)得的擴(kuò)散系數(shù)。采用該方法測(cè)量了室溫下(25℃),0.33 mol/L KCl水溶液和不同濃度NaCl水溶液的擴(kuò)散系數(shù)。測(cè)量結(jié)果表明:該方法測(cè)量擴(kuò)散系數(shù)具有系統(tǒng)穩(wěn)定、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確(相對(duì)誤差小于3%)、測(cè)量時(shí)間短(約70 min)、擴(kuò)散過程可視化等特點(diǎn)。2、基于液芯柱透鏡特有的折射率空間分辨能力,提出一種測(cè)量液體吸水性的新方法。以乙二醇為吸水液體,測(cè)量了不同濃度的乙二醇在20 h-30 h時(shí)間段內(nèi)的吸水量,并設(shè)置對(duì)照組(用天平直接測(cè)量),兩種方法測(cè)量結(jié)果間相對(duì)誤差小于5%。該方法測(cè)量吸水量最大的特點(diǎn)是可實(shí)時(shí)觀察吸水過程,實(shí)現(xiàn)吸水過程可視化。3、將乙二醇吸水過程中的擴(kuò)散簡化為半無限長擴(kuò)散,利用等折射率薄層法測(cè)量了不同濃度的乙二醇與空氣中水的擴(kuò)散系數(shù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):擴(kuò)散系數(shù)越大,水向乙二醇體相的輸運(yùn)越快,在相同時(shí)間內(nèi)吸水量越多。
【圖文】：