全息干涉法在液相扩散系数测定中的应用

液相扩散系数是研究气－液、液－液和液－固传质的重要物性参数，由于理论预测和各种估算方法还不成熟和完善，因此其实验测定方法尤其受到人们的关注和重视，激光全息干涉法是一种新型的现代光学测量方法，本文着重介绍全息干涉法用于液相扩散系数的测定和研究进展。     

全息干涉法对气液流动浓度边界层的实验观测

引言 早期的界面浓度分布观测多采用加入示踪剂的方法[1-4].但由于示踪剂的加入对传质会造成干扰,影响了测量的可靠性.     

数字全息干涉法测量液相质扩散系数的研究

介绍数字全息干涉法测量原理.设计并搭建基于数字全息干涉法和新的扩散槽测量质扩散系数的实验系统,并使用此系统测量了浓度为0.33 mol/l的KCl水溶液在温度为291.8、294.7、298.8、299.8、305.4、308.5、315.2 K条件下的质扩散系数,实验结果表明实验值和文献参考值之间相对偏差绝对值的平均数为1.3%,验证了试验系统的精确性和可靠性.最后,在此系统上测量了浓度为0.1 mol/1的蔗糖水溶液在288.15～338.15 K温度范围内的质扩散系数.为测量工程上急需新型燃料替代工质和新型制冷剂替代工质的质扩散系数提供了一种新的有效方法.     

激光全息干涉法测量液相质扩散系数数字图像处理的研究

用He-Ne激光器、CCD和图像采集系统等仪器设备,搭建了数字激光全息干涉法测量液相质扩散系数的实验系统,并测试获得了浓度为0.33 mol/l KCl水溶液在298.15 K温度下的全息干涉图像,采用了图像增强、全息干涉条纹图再现及相位展开等数字图像处理过程的关键技术对全息干涉图进行处理,得到了相位展开后物光相位差,经换算后获得了该溶液的质扩散系数.为化工工程上研究替代制冷荆急需的质扩散系数测量提供了有效的方法.     

数字全息法测量液相扩散系数实验研究

采用数字全息干涉法测量了25℃乙二醇-水物系的扩散系数。详细介绍了实验方法以及2种处理干涉图像获得扩散系数的方法,即横条纹法和弯条纹法。通过测量25℃时0.33 mol/L KCl溶液的扩散验证了实验的精确性。分别用2种方法获得了6个不同质量分数下的乙二醇-水物系的扩散系数,并与文献值进行了对比。结果表明,弯曲条纹法的平均相对偏差是1.3%,比水平条纹法的1.7%小,同时,弯曲条纹法的平均标准偏差更小,说明波动更小。     

激光全息干涉法测量功能糖醇在水溶液中的扩散系数

功能糖醇在医药和食品中得到广泛应用,其在水溶液中的扩散系数是相关研究与应用中最基本和最重要的物性参数之一,因此实验测定功能糖醇在水溶液中的扩散系数具有十分重要的意义.今采用实时激光全息干涉法,结合CCD图像采集和数字处理技术,测定了293.15 K下赤藓醇、木糖醇、山梨醇、甘露醇以及麦芽糖醇在水溶液中的扩散系数.实验结...     

数字全息干涉法测量二元溶液互扩散系数

由一维无限长扩散模型入手,建立了探测光相位与液体互扩散系数之间的数学模型,进而在现有数字全息干涉法的基础上,提出了一种新型的二元液体互扩散系数测量方法。由于该方法直接利用探测光相位求取互扩散系数,因此可有效避免外界噪声信号对实验结果的影响,从而降低了数字全息干涉法对外界光学环境的要求。该方法的互扩散系数测量相对合成不确定度为0.7%。测量了25℃下、0.33 mol/L KCl水溶液的互扩散系数,实验结果与文献值符合良好,验证了该测量方法的可行性。利用该方法,测量了甲醇/环己烷二元系在其不互溶区附近的互扩散系数,揭示了其在该区域的变化规律。依据实验数据,预测了该二元系的热力学亚稳定和非稳定区域的分界线--Spinodal曲线。     

高分子体系中扩散过程的可视化研究

高分子体系中的扩散通常显示了反常扩散现象,为了理解其机理,建立该过程的可视化技术是必要的。今利用激光全息干涉技术来实现该目的,介绍了激光全息干涉技术的测量原理,并把它应用于甲基丙烯酸甲酯(MMA)在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的扩散过程的记录。通过对所得全息干涉图的处理,得到了浓度场分布;由于全息干涉的优势,它还能分辩出扩散前沿(即被小分子物质溶胀部分与未被溶胀的高分子本体的分界面)。通过分析可以知道,MMA在PMMA中的扩散显示了CaseⅡ的一些扩散特点,即其累积的扩散浓度随时间线性增加以及其扩散前沿以恒定的速度前进,但它又不完全是CaseⅡ扩散,因为在扩散前沿后部的橡胶态中浓度并不完全相同。因此,全息干涉技术可以实现扩散过程的可视化,特别对于高分子体系这种高粘体系,很容易出现局部的不均匀性,这样其它的一些测量方法可能无法区别开来这个不均匀性和由于扩散过程所导致的不均匀性(分布),而在全息干涉技术上则可以区别开这两者。因此它避开了可能引起的测量误差,同时它还不破坏测量场,是一种无损检测。     

基于干涉条纹极值点质扩散系数的数学描述

以费克第二定律为理论基础,依据半无限厚板中扩散过程的原理建立质扩散数学模型,并在模型中采用激光全息干涉实验方法测得干涉条纹极值参数,进而获得液液质扩散系数数学描述。测得温度为15℃时,浓度0．10mol／L的蔗糖溶液向水溶液中扩散产生的干涉条纹极值,计算出蔗糖溶液液相质扩散系数值,与文献值比较,其误差为3．67％,标准偏差为0．378,验证了基于干涉条纹极值点质扩散公式的准确性。为化工工程上研究替代制冷剂急需的质扩散系数的理论研究提供了有效的数学方法。     

全息激光干涉技术测定气体的液相扩散系数

介绍了一种测定液相扩散系数的实时激光全息干涉系统。通过该系统得到清晰表征浓度场分布的实时全息干涉条纹图,利用全息干涉原理及相应的数学关系处理干涉条纹,得到液相扩散系数。利用该方法测定了CO2在乙醇、正丙醇中的扩散系数,结果与文献值非常接近。该方法具有实时、快速、简单和准确等优点,它是一种发展前景很好的液相扩散系数测定方法。     

近化学计量比Zn:In:Fe:LiNbO3晶体位相共轭性能和全息关联存储

以K2O为助溶剂,采用顶部籽晶溶液生长法生长掺ZnO为3%(摩尔分数)和Fe2O3为0.03%(质量分数),In2O3分别为1%(摩尔分数),2%,3%的3种近化学计量比Zn:In:Fe:LiNbO3 (near stoichiometric Zn:In:Fe:SLN)晶体.测量了3种晶体的红外光谱、位相共轭反射率和响应时间.结果表明:3种不同In3 浓度的Zn:In:Fe:SLN晶体的红外光谱中,分别出现3个新的OH-吸收峰3 502,3 503 cm-1和3 504 cm-1.晶体的稳态位相共轭反射率分别达到192%,172%和140%,响应时间分别为3.8,3.2 min和2.4 min.以Zn:In:Fe:SLN晶体作为存储介质和位相共轭镜进行全息关联存储实验,在输出平面上得到关联输出的清晰的图象.分别以原物的50%和25%信息寻址,50%信息寻址的关联存储图像清晰完整;25%信息寻址的图像基本完整.     

跨/超临界多相射流过程瞬态密度场可视化实验

利用一种改进的高时空分辨率相移干涉仪,探究跨/超临界射流过程中不同于亚临界条件下的射流特性,测量了不同跨/超临界射流过程中相变化界面的瞬态密度场。相移干涉仪采用马赫-曾德尔型干涉仪的基本排布,通过像素阵列掩模法实现了传感器同时获得多相位的干涉图像,空间分辨率可达3.45μm,时间分辨率可达0.001s。实验中通过相移干涉仪实现了对液相-超临界相、超临界-气相射流过程的可视化研究,实时定量化测量了瞬态密度场。结果表明,液相流体射流到超临界环境中（p_r=1.01,Re=79.738）,射流界面不会产生类似亚临界条件下的微小液滴,而是在边缘出现高度褶皱的相平衡层,与文献取得一致的结果;可视腔底部的射流流体密度初始处于712.82kg/m³,随着射流的进行,与周围低密度流体相互作用,密度降低到310kg/m³。超临界相流体射流到气相环境中（p_r=0.98,Re=87.340）,射流界面发生破碎;随着高密度射流流体（314.99kg/m³）从底部向上流动,底部的密度逐渐降低到288.12kg/m³,射流相变化界面的法向有很大的密度梯度,最大值为1.565×10⁴kg/m⁴。     

钻井井身轨迹三维可视化技术的探讨

过去我们经常饮用的三维可视化技术是采用OPENGL技术实现计算机模拟地层和轨迹实现伪三维技术。目前可以采用成熟的unity3d引擎或者全息激光投影技术实现裸眼3D、伪3D全息投影或者红蓝眼镜的3D模式,使地层的井身轨迹在油层中的走向和趋势判断更加直观方便。     

基于实验和模拟仿真分析劈尖干涉条纹变形的原因

本文针对等厚干涉实验在学习和教学中存在两大困难分别基于实验和模拟仿真两种方式进行研究解决.第1类问题是对于劈尖干涉条纹出现的非理想情况,主要通过实际实验时出现的不同实验现象,分别通过实验装置的调整来分析并给出现象的原因及解决办法,从而使学生真正透彻理解和掌握所学的知识;第2类问题是关于等厚干涉的一个重要实际应用——利用...     

注射成型塑化过程的可视化实验研究

利用自行开发的可视化实验装置对注射成型的塑化过程进行了系统的观察,着重讨论了不同的工艺条件对塑化性能的影响,同时借助示踪粒子对塑化过程的重要参数——固相速度进行了测量。实验所取得的数据为注射成型熔融模型的建立和对模型的验证提供了依据,同时也是注射螺杆优化设计的基础数据。     

注射充模过程可视化实验装置的研制

介绍了可视化技术在注射充模过程研究中的应用。在国外注射充模过程可视化模具基础上,通过对模具中玻璃形状的改进并采用插件形式的视窗,改善可视化模具的观察环境,降低了整套模具的加工难度与成本,设计制造出一套经济实用的可视化模具。为注射充模过程的可视化实验研究奠定了基础。     

液液界面传质过程的激光干涉法研究

为了研究液液传质过程的界面现象及传质特征,采用实时激光全息干涉技术,根据不同初始浓度时乙醇通过油水界面传质过程的全息干涉图,得到了传质过程水相侧的浓度分布,据此求出了近界面浓度和基于浓度的传质系数,并关联了近界面浓度与主体相溶质浓度的关系。建立了界面能随溶质浓度改变的函数关系,计算结果与实验值吻合良好。研究结果表明,液液静止界面传质过程基本符合双膜理论,溶质的加入能改变界面性能,传质过程界面处于非平衡状态。     

激光全息干涉法测定L-抗坏血酸水溶液扩散系数的实验研究

采用激光全息干涉法测定了不同浓度的L-抗坏血酸水溶液在303.15K下的扩散系数及相应的密度和粘度数据,并将密度及粘度数据分别与浓度进行了关联,并对相应的参数进行了回归,可为工程设计和相关的生理过程研究提供参考价值.     

矩形型腔熔体充填规律的可视化实验

通过精密注射成型可视化实验系统,直观地研究3种典型矩形型腔内高温熔体在型腔中的流动行为,研究得到矩形型腔内制品熔接痕和喷射缺陷形成机理.通过分析模具结构设计、成型工艺参数与熔体宏观流动行为及制品宏观缺陷之间的内在联系,提出解决熔接痕和喷射缺陷的具体措施.     

Marangoni对流的纹影实验分析

通过纹影系统对乙醇溶液解吸CO₂的过程进行了实验研究,液层自由界面的俯视纹影图记录了对流结构的演化过程,并捕捉到了Marangoni对流结构的初始形态。相应的胞型结构因发展空间的限制,由初始的近圆形逐渐变成了多边形结构。利用纹影图片的灰度分布信息,对单个胞型结构的出现、发展及分裂阶段进行了定性分析,发现界面非均匀传质所引发的界面对流在其胞型发展的过程中将会导致界面的变形。湍动的后期,液层表面将布满多边形结构,且胞型结构基本保持不变。相应纹影图片的颜色差异随解吸的进行逐渐减小,即随着传质推动力的减小,湍动强度也将减弱。