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[学位]

动态光散射法液相黏度实验测量方法改进

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Author:

郑宇 (郑宇.)

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学位论文库

Abstract:

黏度作为表征流体黏滞力的基本热物理参数,在能源、化工和生物医疗方面有着广泛应用。动态光散射技术作为一种非接触式的新型探测技术,与其他黏度测量方法相比具有测量时间快、所耗样品少的优势。然而,由于动态光散射技术在液体黏度测量方面的应用尚不成熟,存在一些原理性问题有待解决。基于此,本文对现有动态光散射原理存在的问题,依次开展了如下研究工作。
1. 基于颗粒在悬浮液中的布朗运动,解释了颗粒布朗运动引起的多普勒效应使散射光产生频移;从光散射基本原理出发,引入自相关函数和功率谱密度函数表征颗粒的散射光信号,通过光混频技术测得散射光的频谱,进而获得描述颗粒布朗运动的平移扩散系数,通过Stokes-Einstein关系式计算得到流体黏度。然而,实验中颗粒的流体力学直径受多方面因素的影响难以确定,现有测量方法中事先标定的做法会给测量带来难以估计的误差。因此,本文通过推导Stokes-Einstein方程及引入单参数模型对现有测量方法进行了改进,应用改进后的测量方法在已知颗粒标称直径的情况下可直接测得流体的黏度。
2. 在改进方法的基础上研制了一套可用于测量流体黏度的动态光散射实验系统,其中包括实验光路、实验本体和检测分析系统;阐述了实验流程及数据处理过程;分析了测量不确定度的影响因素,得到本文搭建的动态光散射黏度测量系统测量流体黏度的相对扩展不确定度为3.2%。
3. 利用本文搭建的动态光散射液体黏度测量系统对改进后的测量原理进行实验验证。选取了聚苯乙烯+水悬浮液、二氧化硅+乙醇悬浮液,测量得到了293.15 – 333.15 K下水和乙醇的黏度值,与文献值对比,相对偏差小于2 %,验证了本文改进后测量原理的正确性及实验系统的可靠性;从颗粒与流体适配性及颗粒浓度等方面对本实验影响因素进行了详细分析,总结选取颗粒的基本原则。
4. 根据实验图像对悬浮液中颗粒间的相互作用进行分析。颗粒在悬浮液中的集体平移扩散系数若随颗粒体积浓度的增大而增大,说明悬浮液中颗粒间的作用力以斥力为主,反之则以引力为主。证实了在理想稀薄悬浮液情况下,温度的升高会使颗粒布朗运动加剧。测量了牛血清白蛋白的黏度,测量温度范围为293.15K – 313.15 K,蛋白质浓度范围为20 – 100 mg·ml-1(间隔20)。与Vogel-Fulcher的模型计算值进行了对比,相对偏差绝对平均值为2.66 %。

Keyword:

单参数模型 动态光散射 颗粒间相互作用 黏度

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学能源与动力工程学院

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Basic Info :

Degree: 硕士

Mentor: 张颖

Year: 2018

Language: Other

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 6

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