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軸對稱懸滴法表面張力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研制及二甲基亞砜/甲醇混合物表面張力實(shí)驗(yàn)研究
來源：胡煒 瀏覽 1491 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(xì)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(shí)現(xiàn)高溫、高壓條件下測量等優(yōu)點(diǎn)。
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(jìn)行邊緣檢測，通過提取懸滴邊界和坐標(biāo)變換，獲取懸滴的輪廓坐標(biāo)；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(diǎn)尋優(yōu)的方法構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)；最后采用坐標(biāo)輪換法與Newton法相結(jié)合的算法實(shí)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(shí)驗(yàn)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(yàn)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(xiàn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測量流體表面張力的擴(kuò)展不確定度為0.5%。 利用新研制的實(shí)驗(yàn)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?jǐn)?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)。