表面光散射系统搭建及生物燃料表面张力研究

发布时间：2020-09-24 14:45

　　黏度和表面张力是物质重要的热物理性质,对于工质的筛选、高效节能设备开发和工艺流程设计优化均有着重要的意义。本文研制一套可以同时测量液体黏度和表面张力的表面光散射系统,并开发了数据处理程序,实现了流体黏度和表面张力的高精度测量。相比其他的黏度和表面张力测量方法,该系统具有平衡态测量、绝对测量、非接触测量的优势。表面张力是重要的流体界面性质参数,影响着界面传热、传质及界面上的化学反应。然而,通过实验获得的数据点毕竟有限,尤其对于混合物,其工作量相当巨大。因此表面张力的推算方法是重要的研究内容。基于对比态原理,本文提出了新型的表面张力预估公式。可为表面张力的工程应用与理论研究提供一定的帮助。本文取得的主要成果有:1.建立表面光散射理论模型,并求解得到相应的色散方程。采用了光学混频技术和光子相关技术建立了表面波理论和表面光散射的桥梁,同时分析了外差探测条件下的散射光功率谱和时间相关方程。分析了空间相干立体角、散射体积等与表面光散射探测信噪比相关的重要因素,确定了色散方程中所涉及的波数的求解方法。2.研制一套可以同时测量饱和状态下黏度和表面张力的表面光散射实验系统。设计适用于表面光散射实验的耐高压样品池;并设计温度控制系统,温度波动度小于±7 mK/2 h。利用C++编写了求解表面波色散方程的数据处理程序。并利用2种参考物质甲苯、正庚烷校验了实验系统的可靠性。经文献数据对比和不确定度分析,实验系统黏度和表面张力测量的不确定度(k=2)分别为2%和1%。3.利用成熟的悬滴液体表面张力系统测量了月桂酸甲酯、戊酸甲酯、丁酸甲酯生物燃料的表面张力值,温度范围为303.15~363.15 K。并将其数据拟合成关联方程。表面张力实验值与关联式计算值最大偏差和平均偏差分别为0.3%和0.001%,0.3%和0.002%,3.5%和2.84%。4.提出了一种新的用于估算流体表面张力的对比态模型。该模型基于两参考流体并提出了新的参数计算方程,方程包含四个参数:临界温度Tc、临界比容Vc、临界压力pc和偏心因子ω。对30种纯质制冷剂的表面张力数据点进行检验,建立了纯质流体对比态模型,其平均偏差为0.175 mN×m~(-1)。本方程在计算纯质表面张力方面精确度更高。利用12种制冷剂二元混合物的表面张力数据点建立二元混合物对比态模型。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

表面波,流体表面张力,物性方程

物性方程研究以及热力学理论发展，还是对于工业上高优化均有着重要意义。黏度表征着流体分子的输运特性设备的制造和运行成本。表面张力是重要的流体界面性及界面上的化学反应。因此本文研制了精确测量流体黏统装置，同时建立流体表面张力值的估算模型，为能源和理论研究。量方法现状简介存在气、液和固三种状态，除了气体和气体之间不能、液-固和固-固均能形成界面。下面以气液界面为例， 1-1 所示，界面相可描述为分子热运动激发的表面波

示意图,吊板,示意图

也称为吊板法，如图 1-3 所示，将干净的平板插入待测加砝码至天平平衡，根据平衡有:jc( l t) cos 平板与砝码的质量差；F 为浮力；l 和 t 为浸没在液体中液体较浅时忽略式中的浮力 F。如果液体与平板的浸-3）可以简化为:t) 平板的质量和几何尺寸的条件下，即可通过式（1-4）静态测量方法，优点在于不需要校正因子，精确控制实度。但吊板法仅适用于完全浸润情况，否则会导致测量

示意图,黏度,液体,示意图

太原理工大学硕士研究生学位论文黏度/Pa s-1；y——速度梯度/s-1；为动力黏度，对于特定的牛顿流体，仅与状态参数有关而与可以作为基本的状态参数来确定物质的状态。对于非牛顿流。流体力学方程中将流体黏度与密度 ρ 的比值定义为运动 / ，单位为 m2 s-1。

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