二元物系液相扩散系数的数字全息测量及模型研究

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液相扩散是液体分子随机运动引起的传质现象,存在于化工过程几乎所有处理液体的单元操之中。而液相扩散系数描述了液相扩散的快慢程度,是控制上述单元操作传质过程的基本物理参数。如何获得准确的液相扩散系数是化学工程领域研究的重要内容之一。本文从实验测量和理论预测两个方面对二元液相溶液的扩散过程进行了研究。
　　数字全息干涉法是新兴的液相扩散系数测量技术,它在原有的全息干涉技术的基础上引入了CCD摄像技术和数字图像处理技术,从而可以更加简便的获得溶液扩散过程的全息图像,并且能更方便的储存,处理和传输图像信息,具有实时观测,不干扰流场,测量精度高等优点。本文在前人的基础上设计了数字全息干涉法测量液相扩散系数的实验方法,并对数字全息干涉法的技术原理,图像处理,和扩散系数的提取方法进行了详细阐述。其中本文采用了两种直接通过条纹图像获取扩散系数的方法,即水平条纹法和弯曲条纹法。
　　通过测量25oC时0.33mol/LKCl水溶液的扩散系数,并与文献值进行对比,验证了实验方法的准确性和可靠性;并通过测定25oC时不同浓度下乙二醇-水溶液的扩散系数对比评价了水平条纹法和弯曲条纹法,其中弯曲条纹法最后的图像处理过程更简单,结果比水平条纹法更准确,本文认为该方法更好。此外,又通过实验测量了25oC时丙酮-水,乙醇-水,丙酮-四氯化碳,乙醇-苯,丙酮-正丙醇等五个物系在不同浓度下的扩散系数。
　　最后,以Eyring绝对速率理论为基础,通过引入局部组成概念,改进了Vignes扩散系数预测模型,可以通过无限稀释浓度下的扩散系数预测其它浓度下的Maxwell-Stefan扩散系数。为了评估新的模型,通过模型预测的Maxwell-Stefan扩散系数计算得到Fick扩散系数并和Fick扩散系数的实验值的平均相对偏差为标准,将模型与Vignes模型以及其它两个新的扩散系数预测模型进行了对比。对比在实验采用的五个物系以及文献中选出的四个额外物系中进行。最后的对比结果表明,引入局部组成概念能明显改进Vignes模型的预测结果。在所考察的九个物系中,新的局部组成模型相比其它模型预测结果总体来看最好。

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作者
周密;
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作者单位

天津大学;

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授予单位天津大学;
学科化学工程
授予学位硕士
导师姓名袁希钢;
年度 2013
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类扩散、传质过程及原理;
关键词
数字全息干涉; Maxwell-Stefan方程; 局部组成; 二元物系液相扩散系数;

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