CN102621039A - 双流气准静态法测量气体扩散系数的方法 - Google Patents

Abstract

一种采用双流气准静态法测量气体扩散系数的方法，它采用扩散管的管路用于气体扩散，扩散管的长度为L，扩散管的管路两端气压相等，在扩散管的两端分别形成第一气流回路A和第二气流回路B。第一气流回路A中的第一气流管安装在扩散管的一端，在第一气流管的两端通过管道依次串接有第一气泵、气体罐或放射性气源及第一气体浓度测量装置，组成第一气流回路A，保证该回路中的气体浓度恒定；第二气流回路B中的第二气流管安装在扩散管的另一端，第二气流管两端的进出气口与扩散管的端口部位形成气体混合腔，在第二气流管的两端通过管道依次串接有第二气泵和第二气体浓度测量装置，组成第二气流回路，用于测量扩散后的气体浓度。

Description

双流气准静态法测量气体扩散系数的方法

技术领域

本发明涉及一种测量气体扩散系数的方法，特别是一种采用双流气准静态法测量气体扩散系数的方法。

背景技术

目前测量气体扩散系数的方法有：Loschmidt cell、stefan管和双容积法等测量方法。Loschmidt cell系统结构复杂；stefan管只能对液体气化后的气体的扩散系数进行测量；双容积法需要在两个较大容器内设置搅拌器，搅拌作用使得容器中气体浓度保持均匀，在容器中引入搅拌器将会由于搅拌器工作频率及其差别而导致腔内气体发生振动，搅拌器长时间工作的热积累必然导致两容器内温度的差异从而使测量值偏离真值。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种采用双流气准静态法测量气体扩散系数的方法，该方法解决了传统测量气体扩散系数方法的不足，得到较准确的测量结果。

本发明的技术方案是：一种采用双流气准静态法测量气体扩散系数的方法，它包括非放射性气体扩散系数的测量和放射性气体扩散系数的测量，测量时采用扩散管用于气体扩散，扩散管的长度为L，扩散管的两端气压相等，在扩散管的两端分别形成闭环式或开环式第一气流回路A和闭环式或开环式第二气流回路B。

所述的第一气流回路A包括第一气流管，第一气流管安装在扩散管的一端，在第一气流管的两端通过管道依次串接有第一气泵、气体罐或放射性气源及第一气体浓度测量装置，组成闭环式第一气流回路A，保证该回路中的气体浓度恒定。所述的开环式第一气流回路A是将第一气流回路A中的第一气泵与放射性气源断开，组成开环式第一气流回路A，同样能够保证该回路中的气体浓度恒定。

所述的第二气流回路B包括第二气流管，第二气流管安装在扩散管的另一端，第二气流管两端的进出气口与扩散管的端口部位形成气体混合腔，气体混合腔的体积为V，在第二气流管的两端通过管道依次串接有第二气泵和第二气体浓度测量装置，组成闭环式第二气流回路，用于测量扩散后的气体浓度。所述的开环式第二气流回路B是将第二气流回路B中的第二气体浓度测量装置与第二气流管的另一端断开，组成开环式第二气流回路B，同样能够测量扩散后的气体浓度。

所述的气体混合腔还可以设有一个搅拌装置，通过搅拌装置的搅拌，使气体混合腔内的气体混合的更均匀。

双流气准静态法测量气体扩散系数包括非放射性气体扩散系数的测量和放射性气体扩散系数的测量，其具体测量方法如下：

一、非放射性气体扩散系数的测量，在扩散管一端的闭环式第一气流回路A中采用一个大体积的气体罐，气体罐内的气体通过第一气泵、管道和第一气体浓度测量装置与第一气流管的两端相连。在第一气泵的作用下，气体在第一气流回路A中循环，由于气体罐体积足够大，在扩散过程中，闭环式第一气流回路A中的气体浓度认为不变，看做浓度恒定的扩散源。在扩散管另一端的开环式第二气流回路B中，通过第二气泵和第二气体浓度测量装置测量扩散过来的气体的浓度。

由于在扩散管的闭环式第一气流回路A中建立了恒定的气体浓度C₁，闭环式第一气流回路A中的气体通过长度为L的扩散管进入开环式第二气流回路B中，开环式第二气流回路B中测量点的气体浓度为C₂，第一气泵和第二气泵的流率较低，使得闭环式第一气流回路A和开环式第二气流回路B中气体的流态为层流，认为是准静态。

在扩散管内根据扩散方程有：

$\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dt}}=k\frac{d^{2}C}{{\mathrm{dx}}^2}---\left(1\right)$

式中：C为扩散管内的气体浓度，x为扩散管内的位置，k为扩散系数，当扩散作用稳定后有

根据斐克定律有：

$J=-k\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dx}}---\left(2\right)$

式中J为扩散管单位时间通过其截面积S扩散到开环式第二气流回路B的扩散通量。

令当x＝L时，扩散管内气体浓度为C¹。

对于开环式第二气流回路B中与扩散管相连的气体混合腔内有扩散过来的气体，同时在流动空气作用下被稀释，气体混合腔的体积为V，气体混合腔的平均浓度C₀有：

$\frac{d{C}_0}{\mathrm{dt}}=(\mathrm{JS}-C_{2}q)/V---\left(3\right)$

q为开环式第二气流回路B的空气流率。

当扩散稳定时， $\frac{d{C}_2}{\mathrm{dt}}=0,$ $\frac{d{C}_0}{\mathrm{dt}}=0,$ 式(3)变化为：

JS＝C₂q            (4)

由式(2)得：

$J=k\frac{C_1-C^1}{L}---\left(5\right)$

由于开环式第二气流回路B中管道直径非常小，则认为在气体混合腔内的气体浓度平均浓度C₀近似为C¹，且近似等于C₂。

结合式(4)、(5)得到：

$k=\frac{\mathrm{JL}}{C_1-C^1}=\frac{C_2\mathrm{qL}}{(C_1-C^1)S}\≈\frac{C_2\mathrm{qL}}{(C_1-C_2)S}---\left(6\right)$

式(6)的误差主要来源：当x＝L时，扩散管内气体浓度C¹与气体混合腔内气体浓度平均浓度C₀的误差，及C₀与开环式第二气流回路B中测量点气体浓度C₂的误差。测量中调节开环式第二气流回路B的流率，使得C₂＜＜C₁，就可以减少由于开环式第二气流回路B的气体混合腔内的气体浓度不确定所带来的误差。

二、放射性气体扩散系数的测量，

在扩散管一端的第一气流回路A中采用一个放射性气源，放射性气源内的放射性气体通过第一气泵、第一气体浓度测量装置和管道与第一气流管的两端相连。在第一气泵的作用下，放射性气体在第一气流回路A中循环，循环过程中，由于放射性气源以恒定的速率释放出气体，同时又会衰变成其他物质，经过一段时间可以达到平衡，这时可以认为扩散过程中，第一气流回路A中的放射性气体浓度不变，可以看做浓度恒定的扩散源。

在扩散管另一端的第二气流回路B中，通过第二气泵和第二气体浓度测量装置测量扩散过来的放射性气体的浓度。

由于在扩散管的第一气流回路A中与扩散管连接处建立了恒定的放射性气体浓度C₁，第一气流回路A中的放射性气体通过长度为L的扩散管进入第二气流回路B中，第二气流回路B中测量点的放射性气体浓度为C₂，第一气泵和第二气泵的流率较低，使得第一气流回路A和第二气流回路B中放射性气体的流态为层流，认为是准静态。

在扩散管内根据扩散方程有：

$\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dt}}=k\frac{d^{2}C}{d{x}^2}-\mathrm{\λC}---\left(7\right)$

式中：λ为放射性气体的衰变常数。

当扩散作用稳定后有

式(7)变化为：

$k\frac{d^{2}C}{d{x}^2}-\mathrm{\λC}=0---\left(8\right)$

式(8)的解为：

$C=C\left[1\right]e^{-\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}+C\left[2\right]e^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}---\left(9\right)$

当x＝0时，扩散管内放射性气体浓度为C₁，带入式(9)得：

C₁＝C[1]+C[2]            (10)

当x＝L时，对于第二气流回路B中与扩散管相连的气体混合腔内有扩散过来的放射性气体，同时在流动空气作用下被混合，气体混合腔内的放射性气体平均浓度为C₀，气体混合腔的体积为V。

x＝L时，扩散管内气体浓度为C¹，第二气流回路B的管道直径较小，则C¹与C₀近似相等，根据此边界条件及式(10)，式(9)可变化为：

$C=\frac{(-C_0{e}^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L}+C_1{e}^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})e^{-\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}-(C_1-C_0{e}^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})e^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}}{-1+e^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L}}---\left(11\right)$

当x＝L时，

$\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dx}}=\frac{\sqrt{\mathrm{\λ}}(C_0-2C_1{e}^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L}+C_0{e}^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})}{(-1+e^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})\sqrt{k}}---\left(12\right)$

当第一气流回路A为闭环式，第二气流回路B为开环式，或者第一气流回路A为开环式，第二气流回路B为开环式时，由于引入的空气中放射性气体浓度极小，认为为零，气体混合腔内的放射性气体平均浓度：

$\frac{d{C}_0}{\mathrm{dt}}=(\mathrm{JS}-C_{0}q)/V-\mathrm{\λ}{C}_0---\left(13\right)$

q为第二气流回路B的空气流率。

当扩散稳定时，

式(13)变化为：

J＝(C₀q+VλC₀)/S            (14)

第二气流回路B中测量点放射性气体浓度为C₂，则：

$C_0=C_2/e^{-\mathrm{\λ}{t}_1}---\left(15\right)$

式中t₁是放射性气体从气体混合腔到测量点的延迟时间。

这样由式(14)、(15)就可以解得x＝L时的J，再利用式(12)、(2)就能够得到扩散系数K。

当第一气流回路A为闭环式，第二气流回路B为闭环式，或者第一气流回路A为开环式，第二气流回路B为闭环式时，气体混合腔内的放射性气体平均浓度：

$\frac{d{C}_0}{\mathrm{dt}}=[\mathrm{JS}-(C_0-C_0{e}^{-\mathrm{\λ}{t}_2})q]/V-\mathrm{\λ}{C}_0---\left(16\right)$

式中t₂是放射性气体从气体混合腔引出后循环再次进入混合腔的延迟时间，q为第二气流回路B的空气流率。

当扩散稳定时，

式(16)变化为：

$J=[C_0(1-e^{-\mathrm{\λ}{t}_2})q+\mathrm{V\λ}{C}_0]/S---\left(17\right)$

第二气流回路B中测量点放射性气体浓度为C₂，则：

$C_0=C_2/e^{-\mathrm{\λ}{t}_1}---\left(18\right)$

式中t₁是放射性气体从气体混合腔到测量点的延迟时间。

这样由式(17)、(18)就可以解得x＝L时的J，再利用式(12)、(2)就能够得到扩散系数K。

本发明进一步的技术方案是：气体混合腔内设有一个搅拌装置，通过搅拌装置的搅拌，使气体混合腔内的气体混合的更均匀。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

与传统方法相比，装置简单、操作方便、测量精度高。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

附图说明

附图1为本发明提供的双流气准静态法测量气体扩散系数的测量装置结构示意图，图中的箭头方向为气体流向；

附图2为带有搅拌装置气体混合腔的测量装置结构示意图，图中的箭头方向为气体流向；

附图3为非放射性气体扩散系数测量装置结构示意图，图中的箭头方向为气体流向；

附图4为第一气流回路为闭环式，第二气流回路为开环式的测量装置结构示意图，图中的箭头方向为气体流向；

附图5为第一气流回路为开环式，第二气流回路为开环式的测量装置结构示意图，图中的箭头方向为气体流向；

附图6为第一气流回路为闭环式，第二气流回路为闭环式的测量装置结构示意图，图中的箭头方向为气体流向；

附图7为第一气流回路为开环式，第二气流回路为闭环式的测量装置结构示意图，图中的箭头方向为气体流向。

具体实施方式

实施例一、一种采用双流气准静态法测量非放射性气体扩散系数的方法，在扩散管1一端的闭环式第一气流回路A中采用一个大体积的气体罐10，气体罐10内的气体通过第一气泵9、第一气体浓度测量装置6和管道与第一气流管2的两端相连。在第一气泵9的作用下，气体在闭环式第一气流回路A中循环，由于气体罐10体积足够大，在扩散过程中，闭环式第一气流回路A中的气体浓度认为不变，看做浓度恒定的扩散源。在扩散管1另一端的开环式第二气流回路B中，通过第二气泵7和第二气体浓度测量装置8测量扩散过来的气体的浓度。

由于在扩散管1的闭环式第一气流回路A建立了恒定的气体浓度C₁，闭环式第一气流回路A中的气体通过长度为L的扩散管1进入开环式第二气流回路B中，开环式第二气流回路B中测量点的气体浓度为C₂，第一气泵9和第二气泵7的流率较低，使得闭环式第一气流回路A和开环式第二气流回路B中气体的流态为层流，认为是准静态。

在扩散管1内根据扩散方程有：

$\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dt}}=k\frac{d^{2}C}{{\mathrm{dx}}^2}---\left(1\right)$

式中：C为扩散管1内的气体浓度，x为扩散管1内的位置，k为扩散系数，

当扩散作用稳定后有

根据斐克定律有：

$J=-k\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dx}}---\left(2\right)$

式中J为扩散管1单位时间通过其截面积S扩散到开环式第二气流回路B的扩散通量。

令当x＝L时，扩散管1内的气体浓度为C¹。

对于开环式第二气流回路B中与扩散管1相连的气体混合腔4内有扩散过来的气体，同时在流动空气作用下被稀释，气体混合腔4的体积为V，气体混合腔4的平均浓度C₀有：

$\frac{d{C}_0}{\mathrm{dt}}=(\mathrm{JS}-C_{2}q)/V---\left(3\right)$

q为开环式第二气流回路B的空气流率。

当扩散稳定时， $\frac{d{C}_2}{\mathrm{dt}}=0,$ $\frac{d{C}_0}{\mathrm{dt}}=0,$ 式(3)变化为：

JS＝C₂q                (4)

由式(2)得：

$J=k\frac{C_1-C^1}{L}---\left(5\right)$

由于开环式第二气流回路B中管道直径较小，则认为在气体混合腔4内的气体浓度平均浓度C₀近似为C¹，且近似等于C₂。

结合式(4)、(5)得到：

$k=\frac{\mathrm{JL}}{C_1-C^1}=\frac{C_2\mathrm{qL}}{(C_1-C^1)S}\≈\frac{C_2\mathrm{qL}}{(C_1-C_2)S}---\left(6\right)$

式(6)的误差主要来源：令当x＝L时，扩散管1内气体浓度C¹与气体混合腔4内气体浓度平均浓度C₀的误差，及C₀与开环式第二气流回路B中测量点气体浓度C₂的误差。

测量中调节开环式第二气流回路B的流率，使得C₂＜＜C₁，就可以减少由于开环式第二气流回路B的气体混合腔4内的气体浓度不确定所带来的误差。

在本实施例中，气体混合腔4还可以设有一个搅拌装置5，通过搅拌装置5的搅拌，使气体混合腔4内的气体混合的更均匀。

实施例二、一种采用双流气准静态法测量放射性气体扩散系数的方法，在扩散管1一端的第一气流回路A中采用一个放射性气源11，放射性气源11内的放射性气体通过第一气泵9、第一气体浓度测量装置6和管道与第一气流管2的两端相连。在第一气泵9的作用下，放射性气体在第一气流回路A中循环，循环过程中，由于放射性气源11以恒定的速率释放出气体，同时又会衰变成其他物质，经过一段时间可以达到平衡，这时可以认为扩散过程中，第一气流回路A中的放射性气体浓度不变，可以看做浓度恒定的扩散源。在扩散管1另一端的第二气流回路B中，通过第二气泵7和第二气体浓度测量装置8测量扩散过来的放射性气体的浓度。

由于在扩散管1与第一气流回路A交接处建立了恒定的放射性气体浓度C₁，第一气流回路A中的放射性气体通过长度为L扩散管1进入第二气流回路B中，第二气流回路B中测量点的放射性气体浓度为C₂，第一气泵9和第二气泵7的流率较低，使得第一气流回路A和第二气流回路B中放射性气体的流态为层流，认为是准静态。

在扩散管1内根据扩散方程有：

$\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dt}}=k\frac{d^{2}C}{d{x}^2}-\mathrm{\λC}---\left(7\right)$

式中：λ为放射性气体的衰变常数。

当扩散作用稳定后有

式(7)变化为：

$k\frac{d^{2}C}{d{x}^2}-\mathrm{\λC}=0---\left(8\right)$

式(8)的解为：

$C=C\left[1\right]e^{-\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}+C\left[2\right]e^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}---\left(9\right)$

当x＝0时，扩散管1内放射性气体浓度为C₁，带入式(9)得：

C₁＝C[1]+C[2]            (10)

当x＝L时，对于第二气流回路B中与扩散管1相连的气体混合腔4内有扩散过来的放射性气体，同时在流动空气作用下被混合，气体混合腔4内的放射性气体平均浓度为C₀，气体混合腔4的体积为V。

x＝L时，扩散管4内气体浓度为C¹，第二气流回路B的管道直径较小，则C¹与C₀近似相等，根据此边界条件及式(10)，式(9)可变化为：

$C=\frac{(-C_0{e}^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L}+C_1{e}^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})e^{-\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}-(C_1-C_0{e}^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})e^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}}{-1+e^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L}}---\left(11\right)$

当x＝L时，

$\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dx}}=\frac{\sqrt{\mathrm{\λ}}(C_0-2C_1{e}^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L}+C_0{e}^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})}{(-1+e^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})\sqrt{k}}---\left(12\right)$

当第一气流回路A为闭环式，第二气流回路B为开环式，或者第一气流回路A为开环式，第二气流回路B为开环式时，气体混合腔内的放射性气体平均浓度：

$\frac{d{C}_0}{\mathrm{dt}}=(\mathrm{JS}-C_{0}q)/V-\mathrm{\λ}{C}_0---\left(13\right)$

q为第二气流回路B的空气流率。

当扩散稳定时，

式(13)变化为：

J＝(C₀q+VλC₀)/S                                (14)

第二气流回路B中测量点放射性气体浓度为C₂，则：

$C_0=C_2/e^{-\mathrm{\λ}{t}_1}---\left(15\right)$

式中t₁是放射性气体从气体混合腔4到测量点的延迟时间。

这样由式(14)、(15)就能够解得x＝L时的J，再利用式(12)、(2)就能够得到扩散系数K。

在本实施例中，气体混合腔4还可以设有一个搅拌装置5，通过搅拌装置5的搅拌，使气体混合腔4内的气体混合的更均匀。

实施例三、一种采用双流气准静态法测量放射性气体扩散系数的方法，在扩散管1一端的第一气流回路A中采用一个放射性气源11，放射性气源11内的放射性气体通过第一气泵9、第一气体浓度测量装置6和管道与第一气流管2的两端相连。在第一气泵9的作用下，放射性气体在第一气流回路A中循环，循环过程中，由于放射性气源11以恒定的速率释放出气体，同时又会衰变成其他物质，经过一段时间可以达到平衡，这时可以认为扩散过程中，第一气流回路A中的放射性气体浓度不变，可以看做浓度恒定的扩散源。在扩散管1另一端的第二气流回路B中，通过第二气泵7和第二气体浓度测量装置8测量扩散过来的放射性气体的浓度。

由于在扩散管1与第一气流回路A交接处建立了恒定的放射性气体浓度C₁，第一气流回路A中的放射性气体通过长度为L扩散管1进入第二气流回路B中，第二气流回路B中测量点的放射性气体浓度为C₂，第一气泵9和第二气泵7的流率较低，使得第一气流回路A和第二气流回路B中放射性气体的流态为层流，认为是准静态。

在扩散管1内根据扩散方程有：

$\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dt}}=k\frac{d^{2}C}{d{x}^2}-\mathrm{\λC}---\left(7\right)$

式中：λ为放射性气体的衰变常数。

当扩散作用稳定后有

式(7)变化为：

$k\frac{d^{2}C}{d{x}^2}-\mathrm{\λC}=0---\left(8\right)$

式(8)的解为：

$C=C\left[1\right]e^{-\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}+C\left[2\right]e^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}---\left(9\right)$

当x＝0时，扩散管1内放射性气体浓度为C₁，带入式(9)得：

C₁＝C[1]+C[2]            (10)

当x＝L时，对于第二气流回路B中与扩散管1相连的气体混合腔4内有扩散过来的放射性气体，同时在流动空气作用下被稀释，气体混合腔4内的放射性气体平均浓度为C₀，气体混合腔4的体积为V。

x＝L时，扩散管1内气体浓度为C¹，第二气流回路B的管道直径较小，则C¹与C₀近似相等，根据此边界条件及式(10)，式(9)可变化为：

$C=\frac{(-C_0{e}^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L}+C_1{e}^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})e^{-\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}-(C_1-C_0{e}^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})e^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}}{-1+e^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L}}---\left(11\right)$

当x＝L时，

$\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dx}}=\frac{\sqrt{\mathrm{\λ}}(C_0-2C_1{e}^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L}+C_0{e}^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})}{(-1+e^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})\sqrt{k}}---\left(12\right)$

当第一气流回路A为闭环式，第二气流回路B为闭环式，或者第一气流回路A为开环式，第二气流回路B为闭环式时，气体混合腔4内的放射性气体平均浓度：

$\frac{d{C}_0}{\mathrm{dt}}=[\mathrm{JS}-(C_0-C_0{e}^{-\mathrm{\λ}{t}_2})q]/V-\mathrm{\λ}{C}_0---\left(16\right)$

式中t₂是放射性气体从气体混合腔引出后循环再次进入混合腔的延迟时间，q为第二气流回路B的空气流率。

当扩散稳定时，

式(16)变化为：

$J=[C_0(1-e^{-\mathrm{\λ}{t}_2})q+\mathrm{V\λ}{C}_0]/S---\left(17\right)$

第二气流回路B中测量点放射性气体浓度为C₂，则：

$C_0=C_2/e^{-\mathrm{\λ}{t}_1}---\left(18\right)$

式中t₁是从气体混合腔4内的放射性气体到测量点的延迟时间。

这样由式(17)、(18)就能够解得x＝L时的J，再利用式(12)、(2)就能够得到扩散系数K。

在本实施例中，气体混合腔内4设有一个搅拌装置5，通过搅拌装置5的搅拌，使气体混合腔4内的气体混合的更均匀。

Claims (5)

1.一种采用双流气准静态法测量气体扩散系数的方法，其特征是：它包括非放射性气体扩散系数的测量和放射性气体扩散系数的测量，测量时采用扩散管用于气体扩散，扩散管的长度为L，扩散管的两端气压相等，在扩散管的两端分别形成闭环式或开环式第一气流回路A和闭环式或开环式第二气流回路B；

所述的第一气流回路A包括第一气流管，第一气流管安装在扩散管的一端，在第一气流管的两端通过管道依次串接有第一气泵、气体罐或放射性气源及第一气体浓度测量装置，组成闭环式第一气流回路A，保证该回路中的气体浓度恒定；所述的开环式第一气流回路A是将第一气流回路A中的第一气泵与放射性气源断开，组成开环式第一气流回路A，同样能够保证该回路中的气体浓度恒定；

所述的第二气流回路B包括第二气流管，第二气流管安装在扩散管的另一端，第二气流管两端的进出气口与扩散管的端口部位形成气体混合腔，气体混合腔的体积为V，在第二气流管的两端通过管道依次串接有第二气泵和第二气体浓度测量装置，组成闭环式第二气流回路，用于测量扩散后的气体浓度；所述的开环式第二气流回路B是将第二气流回路B中的第二气体浓度测量装置与第二气流管的另一端断开，组成开环式第二气流回路B，同样能够测量扩散后的气体浓度。

2.根据权利要求1所述的一种采用双流气准静态法测量气体扩散系数的方法，其特征是：所述的气体混合腔还可以设有一个搅拌装置，通过搅拌装置的搅拌，使气体混合腔内的气体混合的更均匀。

3.根据权利要求1或2所述的一种采用双流气准静态法测量气体扩散系数的方法，其特征是：非放射性气体扩散系数的具体测量方法如下：

在扩散管一端的闭环式第一气流回路A中采用一个大体积的气体罐，气体罐内的气体通过第一气泵和管道与第一气流管的两端相连；在第一气泵的作用下，气体在闭环式第一气流回路A中循环，由于气体罐体积足够大，在扩散过程中，闭环式第一气流回路A中的气体浓度认为不变，看做浓度恒定的扩散源；在扩散管另一端的开环式第二气流回路B中，通过第二气泵和第二气体浓度测量装置测量扩散过来的气体的浓度；

由于在扩散管的闭环式第一气流回路A中建立了恒定的气体浓度C₁，闭环式第一气流回路A中的气体通过长度为L扩散管进入开环式第二气流回路B中，开环式第二气流回路B中测量点的气体浓度为C₂，第一气泵和第二气泵的流率较低，使得闭环式第一气流回路A和开环式第二气流回路B中气体的流态为层流，认为是准静态；

在扩散管内根据扩散方程有：

$\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dt}}=k\frac{d^{2}C}{{\mathrm{dx}}^2}---\left(1\right)$

式中：C为扩散管内的气体浓度，x为扩散管内的位置，k为扩散系数；

当扩散作用稳定后有

根据斐克定律有：

$J=-k\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dx}}---\left(2\right)$

式中J为扩散管单位时间通过其截面积S扩散到开环式第二气流回路B的扩散通量；

令当x＝L时，扩散管内气体浓度为C¹；

对于开环式第二气流回路B中与扩散管相连的气体混合腔内有扩散过来的气体，同时在流动空气作用下被稀释，气体混合腔的体积为V，气体混合腔的平均浓度C₀有：

$\frac{d{C}_0}{\mathrm{dt}}=(\mathrm{JS}-C_{2}q)/V---\left(3\right)$

q为开环式第二气流回路B的空气流率；

当扩散稳定时， $\frac{d{C}_2}{\mathrm{dt}}=0,$ $\frac{d{C}_0}{\mathrm{dt}}=0,$ 式(3)变化为：

JS＝C₂q              (4)

由式(2)得：

$J=k\frac{C_1-C^1}{L}---\left(5\right)$

由于开环式第二气流回路B中管道直径非常小，则认为在气体混合腔内的气体浓度平均浓度C₀近似为C¹，且近似等于C₂；

结合式(4)、(5)得到：

$k=\frac{\mathrm{JL}}{C_1-C^1}=\frac{C_2\mathrm{qL}}{(C_1-C^1)S}\≈\frac{C_2\mathrm{qL}}{(C_1-C_2)S}---\left(6\right)$

式(6)的误差主要来源：当x＝L时，扩散管内气体浓度C¹与气体混合腔内气体浓度平均浓度C₀的误差，及C₀与开环式第二气流回路B中测量点气体浓度C₂的误差；测量中调节开环式第二气流回路B的流率，使得C₂＜＜C₁，就能够减少由于开环式第二气流回路B的气体混合腔内的气体浓度不确定所带来的误差。

4.根据权利要求1或2所述的一种采用双流气准静态法测量气体扩散系数的方法，其特征是：放射性气体扩散系数的具体测量方法如下：

在扩散管一端的第一气流回路A中采用一个放射性气源，放射性气源内的放射性气体通过第一气泵、第一气体浓度测量装置和管道与第一气流管的两端相连，在第一气泵的作用下，放射性气体在第一气流回路A中循环，循环过程中，由于放射性气源以恒定的速率释放出气体，同时又会衰变成其他物质，经过一段时间达到平衡，这时能够认为扩散过程中，第一气流回路A中的放射性气体浓度不变，看做浓度恒定的扩散源；

在扩散管另一端的第二气流回路B中，通过第二气泵和第二气体浓度测量装置测量扩散过来的放射性气体的浓度；

由于在扩散管的第一气流回路A中建立了恒定的放射性气体浓度C₁，第一气流回路A中的放射性气体通过长度为L扩散管进入第二气流回路B中，第二气流回路B中测量点的放射性气体浓度为C₂，第一气泵和第二气泵的流率较低，使得第一气流回路A和第二气流回路B中放射性气体的流态为层流，认为是准静态；

在扩散管内根据扩散方程有：

$\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dt}}=k\frac{d^{2}C}{d{x}^2}-\mathrm{\λC}---\left(7\right)$

式中：λ为放射性气体的衰变常数；

当扩散作用稳定后有

式(7)变化为：

$k\frac{d^{2}C}{d{x}^2}-\mathrm{\λC}=0---\left(8\right)$

式(8)的解为：

$C=C\left[1\right]e^{-\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}+C\left[2\right]e^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}---\left(9\right)$

当x＝0时，扩散管内放射性气体浓度为C₁，带入式(9)得：

C₁＝C[1]+C[2]            (10)

当x＝L时，对于第二气流回路B中与扩散管相连的气体混合腔内有扩散过来的放射性气体，同时在流动空气作用下被混合，气体混合腔内的放射性气体平均浓度为C₀，气体混合腔的体积为V；

x＝L时，扩散管内气体浓度为C¹，第二气流回路B的管道直径较小，则C¹与C₀近似相等，根据此边界条件及式(10)，式(9)变化为：

$C=\frac{(-C_0{e}^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L}+C_1{e}^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})e^{-\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}-(C_1-C_0{e}^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})e^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}x}}{-1+e^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L}}---\left(11\right)$

当x＝L时，

$\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dx}}=\frac{\sqrt{\mathrm{\λ}}(C_0-2C_1{e}^{\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L}+C_0{e}^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})}{(-1+e^{2\sqrt{\mathrm{\λ}/k}L})\sqrt{k}}---\left(12\right)$

当第一气流回路A为闭环式，第二气流回路B为开环式，或者第一气流回路A为开环式，第二气流回路B为开环式时，由于引入的空气中放射性气体浓度极小，认为为零，气体混合腔内的放射性气体平均浓度：

$\frac{d{C}_0}{\mathrm{dt}}=(\mathrm{JS}-C_{0}q)/V-\mathrm{\λ}{C}_0---\left(13\right)$

q为第二气流回路B的空气流率；

当扩散稳定时，

式(13)变化为：

J＝(C₀q+VλC₀)/S            (14)

第二气流回路B中测量点放射性气体浓度为C₂，则：

$C_0=C_2/e^{-\mathrm{\λ}{t}_1}---\left(15\right)$

式中t₁是放射性气体从气体混合腔到测量点的延迟时间；

这样由式(14)、(15)就能够解得x＝L时的J，再利用式(12)、(2)就能够得到扩散系数K。

5.根据权利要求4所述的一种采用双流气准静态法测量气体扩散系数的方法，其特征是：当第一气流回路A为闭环式，第二气流回路B为闭环式，或者第一气流回路A为开环式，第二气流回路B为闭环式时，气体混合腔内的放射性气体平均浓度：

$\frac{d{C}_0}{\mathrm{dt}}=[\mathrm{JS}-(C_0-C_0{e}^{-\mathrm{\λ}{t}_2})q]/V-\mathrm{\λ}{C}_0---\left(16\right)$

式中t₂是放射性气体从气体混合腔引出后循环再次进入混合腔的延迟时间，q为第二气流回路B的空气流率；

当扩散稳定时，

式(16)变化为：

$J=[C_0(1-e^{-\mathrm{\λ}{t}_2})q+\mathrm{V\λ}{C}_0]/S---\left(17\right)$

第二气流回路B中测量点放射性气体浓度为C₂，则：

$C_0=C_2/e^{-\mathrm{\λ}{t}_1}---\left(18\right)$

式中t₁是放射性气体从气体混合腔到测量点的延迟时间；

这样由式(17)、(18)就能够解得x＝L时的J，再利用式(12)、(2)就能够得到扩散系数K。

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