基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量及扩散图像的仿真

发布时间：2022-04-18 19:44

　　液相扩散系数是研究传质过程（传质速率）的重要基础数据,在化工、物理、生物、医学及环保等领域都有着广泛应用。由于理论分析的困难,通常采用实验方法测量液相扩散系数。本文基于液芯柱透镜的焦平面成像原理,用等折射率薄层移动法对室温（25℃）下不同浓度的二甘醇和甘氨酸水溶液的扩散系数进行了实验测量。通过对测量结果的分析,提出了折射率薄层的选取原则。基于光线追迹原理,本论文还对扩散过程进行了数值模拟仿真。论文的主要内容和结果如下:1、基于等折射率薄层移动法,测量了室温下不同浓度的二甘醇水溶液以及不同浓度的甘氨酸水溶液的扩散系数,分析了液体折射率薄层选取对扩散系数测量结果造成的影响。结果表明:只有当选取的液体折射率薄层与所测量的目标溶液折射率相接近时,浓度梯度较小,依据误差函数解得到的扩散系数才稳定（标准偏差σ≤0.03×10-5cm2/s）和准确（相对误差≤3%）。2、基于光线追迹原理,将扩散系数视为常数,用Matlab对不同浓度的二甘醇水溶液以及不同浓度的甘氨酸水溶液扩散过程进行数值仿真。仿真结果表明,只有当选取的折射率薄层接近目标溶液折射率时,浓度梯度较小,仿真图像的“腰”与实验图像的“腰”随... 

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 液相扩散系数测量的发展历程
        1.1.1 扩散
        1.1.2 描述扩散的两种模型——扩散与传质
    1.2 测量液相扩散系数的方法
        1.2.1 光干涉法
        1.2.2 Taylor分散法
        1.2.3 膜池法
        1.2.4 液芯柱透镜焦平面成像法
    1.3 本文的主要工作及研究意义
        1.3.1 主要工作
        1.3.2 研究意义
第二章 等折射率薄层移动法测量液相扩散系数的理论基础
    2.1 Fick定律
        2.1.1 Fick第一定律
        2.1.2 Fick第二定律
        2.1.3 Fick第二定律的常数解
    2.2 等折射率薄层移动法测量原理
        2.2.1 成像原理
        2.2.2 计算方法
    2.3 本章小结
第三章 基于液芯柱透镜测量液相扩散系数
    3.1 测量液相扩散系数的实验装置
    3.2 影响液体折射率测量的主要参数
        3.2.1 折射率灵敏度(△f)
        3.2.2 焦距测量偏差(δf)
        3.2.3 最小可分辨折射率改变量(δn)
        3.2.4 球差
    3.3 核心成像元件的主要参数
        3.3.1 非对称液芯柱透镜的主要参数
        3.3.2 双液芯柱透镜的主要参数
        3.3.3 非对称柱透镜和双液芯柱透镜的优缺点
    3.4 本章小结
第四章 用等折射率薄层移动法测量液相扩散系数的实验研究
    4.1 实验安排
    4.2 液体浓度与折射率之间的关系
    4.3 不同浓度液相扩散系数测量结果
        4.3.1 不同浓度二甘醇扩散系数测量结果
        4.3.2 不同浓度甘氨酸扩散系数测量结果
    4.4 折射率薄层选取对扩散系数测量的影响
        4.4.1 不同折射率薄层下二甘醇扩散系数测量结果
        4.4.2 不同折射率薄层下甘氨酸水溶液扩散系数测量结果
        4.4.3 测量结果分析
    4.5 误差分析
    4.6 本章小结
第五章 二甘醇和甘氨酸扩散图像的仿真
    5.1 仿真计算原理
        5.1.1 光线追迹法
        5.1.2 图像宽度与溶液折射率关系
    5.2 扩散图像仿真技术
        5.2.1 扩散图像轮廓仿真
        5.2.2 扩散图像亮度仿真
    5.3 图像宽度与溶液折射率关系测量结果
    5.4 扩散图像仿真结果
        5.4.1 折射率薄层接近目标溶液的仿真结果
        5.4.2 折射率薄层偏离目标溶液的仿真结果
    5.5 本章小结
第六章 基于随浓度变化的扩散系数对扩散图像的仿真
    6.1 实验得到的D(C)关系式
        6.1.1 二甘醇扩散系数与浓度之间的关系
        6.1.2 甘氨酸扩散系数与浓度之间的关系
    6.2 仿真流程
    6.3 基于随浓度变化的扩散系数的仿真结果
        6.3.1 折射率薄层接近目标溶液的仿真结果
        6.3.2 折射率薄层偏离目标溶液的仿真结果
    6.4 讨论与分析
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 论文工作总结
    7.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间完成的科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]用焦平面成像法测量液相扩散系数的研究进展[J]. 陈艳,孟伟东,魏利,普小云.  云南大学学报(自然科学版). 2018(06)
[2]基于双液芯柱透镜测量液相扩散系数-等观察高度测量法[J]. 夏燕,孟伟东,陈艳,宋芳嬉,普小云.  光学学报. 2018(01)
[3]用液芯柱透镜快速测量液相扩散系数-折射率空间分布瞬态测量法[J]. 孟伟东,孙丽存,翟影,杨瑞芬,普小云.  物理学报. 2015(11)
[4]采用泰勒分散法测量蜡分子扩散系数[J]. 陈普敏,韩善鹏,李鸿英,张劲军.  化工学报. 2014(02)
[5]电子目镜显微镜景深的确定与测量[J]. 孙丽存,孟伟东,李强,普小云.  光学精密工程. 2013(05)
[6]用毛细管成像法测量液相扩散系数——等折射率薄层测量方法[J]. 李强,普小云.  物理学报. 2013(09)
[7]二氧化碳在水中扩散系数的实验测定和计算[J]. 刘爱贤,刘鹏,孙强,廖志新,郭绪强.  石油化工高等学校学报. 2012(06)
[8]灵敏度、分辨率和精度[J]. 贾彩丽,邹乾林.  大学物理实验. 2011(05)
[9]干涉法测量透明液体折射率的研究[J]. 李义宝.  安徽建筑工业学院学报(自然科学版). 2008(06)
[10]菲克定律与扩散的热力学理论[J]. 何龙庆,林继成,石冰.  安庆师范学院学报(自然科学版). 2006(04)

博士论文
[1]用双液芯柱透镜测量液相扩散系数方法的研究[D]. 孟伟东.云南大学 2017
[2]用液芯柱透镜测量液相扩散系数的研究[D]. 孙丽存.云南大学 2016
[3]液体折射率及液相扩散系数的测量方法研究[D]. 李强.云南大学 2013

硕士论文
[1]基于Zemax的消球差非球面透镜的优化设计研究[D]. 高姣林.兰州理工大学 2017
[2]二元物系液相扩散系数的数字全息测量及模型研究[D]. 周密.天津大学 2013
[3]毛细通道中溶质Taylor分散的数值模拟[D]. 李响.北京化工大学 2009



本文编号：3646281