氯化钠水溶液热扩散系数的研究

氯化钠水溶液热扩散系数的研究 上 海 理 ,,大 学 学 报 , , ,, , ,, , , , , , , ,; , ; , , , , , , , ,, , , , , , , , , , , , , , , ; , , , ,( , , , , , ,, , , ,, 第,,卷 第 ,期 , ,, , (, ) , , — , 文章 编 号 :,, ,, ,, ,,, , ,, 氯 化 钠 水 溶 液 热 扩 散 系数 的研 究 ， 汪 军 朱 彤 。 杜 ， 晖 , ,, ,,? , 上 海 理 工 大学 动力 工 程 学 院 上 海 ,, , , 上海 益 格 新 技 术 工程 有 限甚 司，上 海 , , ) 给 摘 要 :论 速 了应 用 激 光 引发 热 栅 方 法 测 量 无 机 盐 水 溶 液 热 扩 散 系数 的 实验 原 理 和 技 术 ， 出 ,, , , 了氯 化钠 水 溶 液 在 溶 质 质 量 摩 尔浓 度 为 ,—,,,,,和 ,,,, ,, 温 度 范 围 内 的 熟 扩 散 系数 并与 文献数 据进 行 了比较 的 测量 结果 ， 给 最后 以 实验数 据 为基础 ， 出 了计 算 氯化钠 水溶 液 热 扩 散 系数 的 经 验 关联 式 ( 关 键 词 :氯 化 钠 ;水 溶 液 ;热 扩 散 系数 ;导 热 系数 :激 光 引 发 热栅 ;衍 射 , , (: ,, , , 中 图分 类 号 : , ,, , , :,, , , 文 献标 识码 :, 化 在物理 、 学 、生物 和 地 质 等 诸 多科 学技 术 (此 具 该 涂 层 对 测 量 结 果 的影 响,】 外 。 有 强 烈 腐 经领 域 中， 常 会涉 及 到 电解 质 的水 溶 液 这 一类 重 膜 的 从 蚀 性 的溶 液 可 能 会 穿 透 热 线 ( ) 涂 层 。 而 导 尽要 的物 质 ( 管人 们 在精确 地确 定 电解 质 水溶 液 致测 量误 差 ( 但的热 物 性 方 面进 行 了大 量 的研 究 工 作， 是 对 于 本文 了采 用 激光 引 发热栅 方 法测 量氯 化 特许 多 电解 质 水 溶液 仍 然 缺 乏 其传 递 物性 ( 别 是 给 钠 水 溶 液 的研 究 工作 ， 出 了在 溶 质 的 质 量 摩 尔 ) 由导热 系 数 或 热 扩 散 系 数 , 的 准 确 数 值 。 于 , ,, , , , ,, 浓 度 ? 为 , , , ,和 , ,, , ,温度 范 围 内 没有 准 确 的 实验 数 据 基 础，因而 无法 进 行 用 于准 的热扩 散系数 的测量 结果(在总结 实验数据 的基础 确求取 电解 质水 溶液 导热 系 数 或热扩 散系 数 , 得 上 ， 出 了计算 氯 化 钠 水 溶 液 热 扩散 系 数 的 经验 ，(的理论模 型 和经验 方法 的研 究 , , 关联 式 (由于采 用激 光 引 发 热栅 这 一光 学 测量 技 低 氯 在 中 、 温 制 冷 系 统 中 ， 化 钠 水 溶 液 是 使 无须在氯化钠水溶液 测量样 品 中插 入测量元件 ， 术， 可用 最 广泛 的 一 种第 二制 冷剂 ， 用 作载 冷剂 或 蓄 特 因此激光 引发热栅 技术。 别适 用 于如氯 化钠等 无 】冷 剂 (在 许多 化学过 程 中，如脱 盐 过程或 锅炉 锅 机盐水溶 液之类 的导 电和强 腐蚀 性液体 的测量 (内( 以及 其 他 换 热 器 内) 均 电化 学 腐 蚀 过 程 等 ， 涉 及 到 包 括 氯 化 钠水 溶 液 在 内 的各 种 电解 质 水 溶 , 激光 引发 热栅 测 量 原 理 和 技 术 ,,液 〔(以 往 的 氯 化 钠 水 溶 液 导 热 系 数 的 测 量 大 应用 激 光 引发热 栅技 术 测 量液 体热 扩 散系数 如 】’多采 用 稳 态 测 量 技 术 ( 平行 平 板 法 〔和 同轴 圆 在 ,—,中 的理 论 和实验 装 置 ， 文 献 【 , , 】 已作 详 细论 ’ ) 膜 方 在柱 法口 以及 非 稳 态 热 线 ( ) 法七( 采用 稳 态 述 这里仅 对测 量原 理 和 实验技 术作 一 简单 介绍 必方法 时 ， 须在 待 测 液 体 中形成 一 个 宏 观 的温 度 来 自氩离 子激 光器 的激光 束 ( ;, ,, ) ,, , 波长 丑， , , 该梯 度 。 温 度 梯度 可 能 会 在待 测 液 体 中 引起 自然 形 ,,, ) 在 穿 过 一光 调 制 器 时， 成 激 光 脉 冲 ( ,, ， 从 氯对 流 ， 而 导致测 量 误 差(由于氯 化钠 、 化钾 等 , , 范 围 内 调 节 (该 脉 冲 宽 度 可 在 , ,一,, , 因此 在应 用 无机 盐水 溶液 具 有 导 电 和强 腐 蚀 性 ， 脉 冲 形式 的 激 光 束 随 即 通 过 分光 器 被 分 为强 度 膜 方 必非稳 态热 线 ( ) 法 时 ， 须 采用 带 有特 殊 涂 层 ， 相 等 的两 束 光 ( ,， ,,,)并 以角度 ,交 汇 于厚度 为 如金 属 氧 化 物或 陶瓷 材 料)( 的测 量元 件 (在 实验 ( ,,) 膜 状 测 量 样 品 中 ( ,,,,, 的 必装 置 的 标 定 和 数 据 处 理 过 程 中 须 相 应 地 考 虑 , 在 光脉 冲进入 样 品液 膜 的 时间 间 隔 内, ,, , —, , 收 稿 日期 :, ,,, (, ,, 资助 项 目(, , , ,, 基金项 目 :德 国研 究委 员会 ( ,) , , ,, ,) 作 者简 介 :汪 ,, 一 ，男，副教授 军 (, , ) 第 ,期 汪 军等 :氯化 钠水 溶液 热 扩散 系数 的 研究 — — 竺～ ， )两束 相 干 光 发 生 干 涉 膜 按 照 干 涉条 纹 吸 液 ？ ,,, , , , , , )采 用一 只光 电倍 增 管 来 测 量 (由光 电 收激 光辐 射 ( 品液 膜 中的温度 场 因此 而 得到 空 样 (的 ,) 倍 增 管输 出 的相应 于 一级衍 射 光强 度 , , 电信 间调制 在 方 向( 涉 区域 内光 强周 期性 调制方 干 ) (， ( 号 ,, 经 过信 号 放 大器 放 大 后输 ，数字 记 忆 示波 逐渐 形 成 相 应 于 干涉 条纹 的栅格 状温 度 分 布 向) , ( ,,, , 器(图 ,给出 了质 量摩 尔 浓 度 为 , , ,,, ,一 热 栅 ( 过 调 节 光 路 中 的 透镜 和分 光 镜 ， 一 通 ( 千 克水 中 , , 每 的氯 化 钠水 溶 液 在 , ，的 摩尔 数 ) 可改 变 两束 相 干光 之 间 的夹 角 ， 而 改变 热 栅 从 , ,( (随 ),,) , , ,, 下 的衍 射 光强 信 号 ,,, , 时 间衰 常数 , , ( (实验 中 ， 栅 常数 通 常 取 为 ) 热 减 的例 子 ( , , ,， (, (,(, 一 ,, 所 对 应 的 夹 角 ,约 为 ,, 。,, 。 墨 由于液膜 吸 收激 光辐射 在 时间 ,,, 时 ， 液膜 中栅格 状 温 度 分 布将 进 一 步 而 引 起热 膨 胀 ， , 引 起液膜折 射率 的空 间调制 —— 衍 射光栅 当 鲁 , 引发 热栅 的激 光束 被光 调 制器 阻 隔 ，, 时， 热 逛 栅 和光栅则 由于液膜 中的热传 导而 开始 以相 同的 规律 衰变 ( 若温度 衰 变过程 在温 度调 制方 向 满 蛙 热栅 的衰 变规 律则 为 足一维热 传导 的假定 “ ， ,, :,, ,; , ,:,, , ),, ,, ？ ( ) , (， ) () , ？ (, ‘— , , , , 式中 , ) ? —— 栅 格 状温 度 分布在 扭 , 时的 , 平 均值 ， ,肿 电信 号 ( 图 , 相应 于一 级 衍 射 光 强 度 ,( , ,) ? 时 订 — —栅 格状 温度 分 布在 , 刻 的平 ,, , , ,, ,, ,, ,, ,(】 ,,( ,, , ;, ,,, ( ,, 均值 ，, , , , ， , 热 栅温度 脉 动值 ， 由图 , 见， 射光 强信 号 ,, 可 衍 ) ( 看起 来 似乎是 ？ ,— — — 热栅 矢 量 ？的模 ， ,所描述 的指数 规 律 衰 减 的， 按 照式 () 如 与纯 物 质( ,,, ？ ？ , 【 甲苯 、 的实验 数 据 比， ,中 的 ,, 甲醇 等 ) ,相 图 ( ) ,中热栅 的衰变 时 间常数 ,为 式() 直 ,, 时 信号 衰 减得很 慢 ， 到 , ,,, 才 衰减至 零 值( 事实上， , ,, , ;) ， 由于索 氏效 应 (,, , ,, 热 栅 在 氯 化 一 ， ) 专,(, ? ) 钠水 溶 液 中将 导致 一 定 程 度 的 相 分 离 ， 即相 应 亦 于热 栅 的 栅 格 状 浓 度 分 布 — — 浓 度 栅 ,, ( ,可 只 由式 () 见 ， 要确 定 了热栅 的衰 变时 间 常 ,, 只是 该浓 度 栅 和热 栅在 , 时 一 起 开 始衰 变 ， 和 ( ，数 , 热 栅矢 量的模 口或 热栅 常数 )即可求 得 浓 度栅 的衰 变时 间 常数 要 比热栅 的衰变 时 间常 测 量样 品的热扩散 系 数 , ， 数, 至少 大 ,至 ,个 数 量级 (图 ,中的衍 射光 强 进 (是 为 了测 量 热 栅 的 衰变 过程 ， 而 确 定其 衰 变 信 号 ,, 源 自热栅 和 浓度 栅 衍 射 光强 信号 的 叠 时间常数 , , , ,) , 采用来 自氮氖激 光微 波长 , , (, 加 (因 此 ( 于 氯 化 钠 水 溶 液 ， () 描 述 的 衍 射 对 式 ,所的激光束 来探 测衍射 光栅 .