芬兰Kibron专注表面张力仪测量技术,快速精准测量动静态表面张力

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轴对称悬滴法表面张力实验系统研制及二甲基亚砜/甲醇混合物表面张力实验研究

来源:胡炜 浏览 65 次 发布时间:2023-01-03

【摘要】:表面张力是重要的流体热物理性质,是研究流体相界面传热和传质现象的基本物理量,对于高效节能型工业设备的设计、改造及相关工艺流程的优化有着重要意义。表面张力的测量方法较多,如毛细管上升法、激光散射法和悬滴法等。其中,悬滴法具有样品用量少、测量精度较高,易于实现高温、高压条件下测量等优点。


本文基于悬滴轮廓的理论模型,在Matlab平台下编写了悬滴的全轮廓拟合算法,算法的设计思路为:利用Canny算法对悬滴图像进行边缘检测,通过提取悬滴边界和坐标变换,获取悬滴的轮廓坐标;采用四阶-五阶Runge-Kutta算法求解Young-Laplace常微分方程组;利用最近点寻优的方法构造目标函数;最后采用坐标轮换法与Newton法相结合的算法实现悬滴的全轮廓拟合计算。 在此基础之上,本文研制了一套悬滴法液体表面张力测量系统,主要包括:图像采集系统、高温高压实验本体和温度控制系统等。


该系统的温度范围为20~180℃,压力范围为0~20MPa。为了检验系统的可靠性和测量精度,本文测量了参考物质正庚烷、正辛烷和纯水的表面张力。结果表明,测量得到的表面张力值与文献值的偏差均小于0.2mN.m-1。


通过不确定度分析,本文研制的悬滴法实验系统测量流体表面张力的扩展不确定度为0.5%。 利用新研制的实验系统,本文测量了二甲基亚砜与甲醇二元混合物在温度范围303.15~323.15K,摩尔分数范围0.1~0.9内的表面张力,为甲醇燃料的应用提供重要的热物性数据。