基于液芯柱透镜测量与计算随浓度变化的液相扩散系数

【作者】 魏利； 陈艳； 孟伟东； 贺波； 普小云；

【机构】 云南大学物理与天文学院物理系；

【摘要】 扩散系数是研究液相传质过程的重要数据,液体中的扩散系数随溶液浓度变化,随浓度变化的液相扩散系数的测量与计算尤为重要。本论文首先以乙二醇与水作为二元扩散体系,基于液芯柱透镜的折射率空间分辨测量能力,结合折射率与浓度之间的关系,由实验扩散图像得到乙二醇水溶液浓度的空间分布;其次,假定二元体系的液相扩散系数与浓度的关系式为D（C）=D₀×（1+α₁×C+α₂×C²）,其中α₁,α₂为待定系数,根据Fick第二定律的一般形式,运用有限差分法通过求解二阶偏微分方程计算出与测量值同时刻最接近的浓度空间分布,并逼近出α1,α2的最佳值,进而得到乙二醇与水的扩散系数与浓度的函数关系式;最后,基于D（C）的计算结果,运用光线追迹法计算与模拟了其他时刻的扩散图像,计算仿真结果与实验图像完全吻合,验证了实验与计算结果的可靠性。本论文提出的方法,仅需一定时刻的一幅实验扩散图像即可计算出随浓度变化的液相扩散系数,测量用时短,计算结果稳定可靠。更多还原