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軸對稱懸滴法表面張力實驗系統(tǒng)研制及二甲基亞砜/甲醇混合物表面張力實驗研究

來源:胡煒 瀏覽 748 次 發(fā)布時間:2023-01-03

【摘要】:表面張力是重要的流體熱物理性質(zhì),是研究流體相界面?zhèn)鳠岷蛡髻|(zhì)現(xiàn)象的基本物理量,對于高效節(jié)能型工業(yè)設(shè)備的設(shè)計、改造及相關(guān)工藝流程的優(yōu)化有著重要意義。表面張力的測量方法較多,如毛細管上升法、激光散射法和懸滴法等。其中,懸滴法具有樣品用量少、測量精度較高,易于實現(xiàn)高溫、高壓條件下測量等優(yōu)點。


本文基于懸滴輪廓的理論模型,在Matlab平臺下編寫了懸滴的全輪廓擬合算法,算法的設(shè)計思路為:利用Canny算法對懸滴圖像進行邊緣檢測,通過提取懸滴邊界和坐標變換,獲取懸滴的輪廓坐標;采用四階-五階Runge-Kutta算法求解Young-Laplace常微分方程組;利用最近點尋優(yōu)的方法構(gòu)造目標函數(shù);最后采用坐標輪換法與Newton法相結(jié)合的算法實現(xiàn)懸滴的全輪廓擬合計算。 在此基礎(chǔ)之上,本文研制了一套懸滴法液體表面張力測量系統(tǒng),主要包括:圖像采集系統(tǒng)、高溫高壓實驗本體和溫度控制系統(tǒng)等。


該系統(tǒng)的溫度范圍為20~180℃,壓力范圍為0~20MPa。為了檢驗系統(tǒng)的可靠性和測量精度,本文測量了參考物質(zhì)正庚烷、正辛烷和純水的表面張力。結(jié)果表明,測量得到的表面張力值與文獻值的偏差均小于0.2mN.m-1。


通過不確定度分析,本文研制的懸滴法實驗系統(tǒng)測量流體表面張力的擴展不確定度為0.5%。 利用新研制的實驗系統(tǒng),本文測量了二甲基亞砜與甲醇二元混合物在溫度范圍303.15~323.15K,摩爾分數(shù)范圍0.1~0.9內(nèi)的表面張力,為甲醇燃料的應(yīng)用提供重要的熱物性數(shù)據(jù)。