CN110208147A - 一种索瑞特系数测量装置与方法 - Google Patents

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Abstract

一种索瑞特系数测量装置与方法，属于传热传质技术领域，包括用于提供热扩散场所的索瑞特系数测量单元和用于维持温度梯度的恒温循环水箱，所述恒温循环水箱包括第一恒温循环水箱和第二恒温循环水箱。一种索瑞特系数测量的方法，采用一种索瑞特系数测量的装置，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，组装装置；步骤2，注入被测液体；步骤3，对上钢板和下钢板进行加热处理；步骤4，数据采集；步骤5，重复步骤4，至被测液体的密度无变化为止，实验结束；步骤6，数据处理。本发明装置可应用于大部分溶液的索瑞特系数测量，结果可靠，结构简单易于拆卸维护，制作成本低。本发明装置的中间液体槽上具有多个取液口，使试验的测量数据更稳定准确。

Description

一种索瑞特系数测量装置与方法
技术领域
本发明属于传热传质技术领域，具体涉及一种索瑞特系数测量装置与方法。
背景技术
索瑞特效应是指由温度梯度引起的物质扩散运动。它表现为物质在温度梯度的影响下扩散形成新的浓度分布。索瑞特系数就是表述这种热扩散运动强度的系数。索瑞特效应在很多领域有着重要的应用，如铀的浓缩，岩石层的分离。因此准确便捷的测量索瑞特系数有着重要意义。现有装置的设计思路是，根据索瑞特系数的定义公式在混合组分中，各组分物质最终因温度梯度发生分离呈现不同的浓度分布，测量因温度梯度导致的浓度变化便可得到索瑞特系数。索瑞特系数的数量级很小，一般有机物或者水溶液的范围为|ST|～10-3-10-2K-1，热扩散运动需要较长时间才会引起明显浓度变化，因此装置需要长时间保持温度梯度。现有的索瑞特测量装置一般只针对石油、水溶液或岩浆的测量，无法对其他种类的混合液进行测量，测量的范围很局限，适用范围窄。
发明内容
为了准确测量索瑞特系数，本发明提供了一种索瑞特参数测试装置与方法，具有测量方法简便，结果准确，结构简单并且易于维护的特性。
为了实现上述目的，本发明提出了一种索瑞特系数测量装置，包括用于提供热扩散场所的索瑞特系数测量单元和用于维持温度梯度的恒温循环水箱，所述恒温循环水箱包括第一恒温循环水箱和第二恒温循环水箱；
所述测量单元包括上钢板、下钢板和中间液体槽，所述上钢板一端开设有截面为凸形结构的上空腔，上空腔与上盖子固定安装，上盖子通过其上对称设置的上出口和上进口分别与第一恒温循环水箱进水口和出水口相连，上钢板另一端与中间液体槽一端相连，在中间液体槽的宽面上设置有注液口，中间液体槽的两个长窄面对称设置有若干取液口，中间液体槽另一端与下钢板一端相连，下钢板另一端开设有截面为凸形结构的下空腔，下空腔与下盖子固定安装，下盖子通过其上对称设置的下出口和下进口与第二恒温循环水箱的进水口和出水口相连，所述上钢板、中间液体槽和下钢板通过螺纹钢筋和螺母固定，且上钢板、中间液体槽和下钢板的连接处涂抹密封胶。
所述中间液体槽采用低导热的PVC材料。
所述上钢板与中间液体槽之间、中间液体槽与下钢板之间均设置有密封胶垫。
一种索瑞特系数测量的方法，采用一种索瑞特系数测量的装置，包括以下步骤：
步骤1，组装装置：现将下钢板放置于水平面上，再将中间液体槽放置于下钢板上，且下钢板的下空腔面向水平面设置，最后将上钢板放置于中间液体槽上，且上钢板的上空腔远离中间液体槽设置，在上钢板、中间液体槽和下钢板位于同一轴线的孔内插入螺纹钢筋，并拧紧所有的螺母，最后在上钢板、中间液体槽和下钢板的连接处涂抹密封胶，静置20-30min；
步骤2，注入被测液体：通过针管将被测液体通过注液口加入到中间液体槽内，并进行静置处理；
步骤3，对上钢板和下钢板进行加热处理：将上钢板的上出口和上进口与第一恒温循环水箱的进水口和出水口连接，下钢板的下出口和下进口与第二恒温循环水箱的进水口和出水口相连，按下电源按钮，接通电源，通过第一恒温循环水箱和第二恒温循环水箱的温度调节按键设置温度后，按下第一恒温循环水箱和第二恒温循环水箱上的循环按钮，通过恒温循环水对上钢板和下钢板进行加热处理；
步骤4，数据采集：每间隔40-50min对被测液体进行一次采集，使用针管从若干个取液口进行取样，之后通过阿贝折射仪或者密度计对被测液体的密度进行测量，得到多组数据后取平均值以降低误差；
步骤5，重复步骤4，至被测液体的密度无变化为止，实验结束；
步骤6，数据处理：通过实验所测ΔT和ΔC，并通过tablecurve 2d软件对数据点进行拟合，绘出曲线，得到Soret系数ST的值，其中ΔT为上钢板与下钢板之间的温度差，ΔC为中间液体槽的上层被测液体与下层被测液体之间的浓度差，C0为被测液体的初始浓度，t为时间变量。
步骤3所述的上钢板的加热温度为10℃，下钢板的加热温度为20-70℃。
本发明的有益效果为：
本发明装置可应用于大部分溶液的索瑞特系数测量，结果可靠，结构简单易于拆卸维护，制作成本低。
本发明采用低导热PVC材料制作的中间液体槽可以限制水平方向的物质扩散，使扩散现象更明显。
本发明装置的中间液体槽上具有多个取液口，使试验的测量数据更稳定准确。
附图说明
图1为本发明索瑞特系数测量装置整体结构示意图；
图2为本发明索瑞特系数测量装置的测量单元立体剖面图；
图3为本发明索瑞特系数测量装置的测量单元平面剖视图；
图4为本发明索瑞特系数测量装置螺纹钢筋与螺母配合结构示意图；
1-上钢板，2-下钢板，3-中间液体槽，4-上空腔，5-上盖子，6-第一恒温循环水箱，7-注液口，8-取液口，9-下空腔，10-下盖子，11-上出口，12-上进口，13-第二恒温循环水箱，14-螺纹钢筋，15-螺母。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1-图4所示，一种索瑞特系数测量装置，包括用于提供热扩散场所的索瑞特系数测量单元和用于维持温度梯度的恒温循环水箱，所述恒温循环水箱包括第一恒温循环水箱6和第二恒温循环水箱13，恒温循环水箱用于提供加热被测液体的循环水；
所述测量单元包括上钢板1、下钢板2和中间液体槽3，上钢板1、下钢板2和中间液体槽3均为方形，所述上钢板1一端开设有截面为凸形结构的上空腔4，上空腔4与上盖子5通过密封圈固定安装，密封圈一是起到密封作用，防止循环水溢出，二是使上盖子5与上腔体4固定安装，上盖子5通过其上对称设置的上出口11和下进口13分别与第一恒温循环水箱6的进水口和出水口相连，上钢板1另一端与中间液体槽3一端相连，中间液体槽3用于放置被测液体，中间液体槽3的宽面设置有注液口7，中间液体槽3的两个长窄面对称设置有若干取液口8，中间液体槽3另一端与下钢板2一端相连，下钢板2另一端开设有截面为凸形结构的下空腔9，下空腔9与下盖子10通过密封圈固定安装，上空腔4和下空腔9用于放置恒温水加热被测液体，下盖子10通过其上对称设置的下出口和下进口与第二恒温循环水箱13的进水口和出水口相连，所述上钢板1、中间液体槽3和下钢板2通过八个螺纹钢筋14和十六螺母15及垫片固定，且上钢板1、中间液体槽3和下钢板2的连接处涂抹密封胶。
上盖子5与下盖子10的设置，在实验结束后打开上盖子5和下盖子10将上空腔4和下空腔9擦净，防止因残留液体而导致生锈的现象。
所述中间液体槽3采用低导热的PVC材料。
所述上钢板1与中间液体槽3之间、中间液体槽3与下钢板2之间均设置有密封胶垫，防止被测液体流出。
一种索瑞特系数测量的方法，采用一种索瑞特系数测量的装置，包括以下步骤：
步骤1，组装装置：现将下钢板2放置于水平面上，再将中间液体槽3放置于下钢板2上，且下钢板2的下空腔9面向水平面设置，最后将上钢板1放置于中间液体槽3上，且上钢板1的上空腔4远离中间液体槽3设置，在上钢板1、中间液体槽3和下钢板2位于同一轴线的孔内分别插入螺纹钢筋14，并拧紧上层和下层的所有螺母15，最后在上钢板1、中间液体槽3和下钢板2的连接处涂抹密封胶，静置20-30min；
步骤2，注入被测液体：通过针管将被测液体通过注液口7加入到中间液体槽3内，并进行静置处理，时间为20-30min；
步骤3，对上钢板1和下钢板2进行加热处理：将上钢板1的上出口11和上进口12与第一恒温循环水箱6的进水口和出水口连接，下钢板2的下出口和下进口与第二恒温循环水箱13的进水口和出水口相连，第一恒温循环水箱6和第二恒温循环水箱13型号为CH-1006，按下电源按钮，接通电源，通过第一恒温循环水箱6和第二恒温循环水箱13的温度调节按键设置温度后，第一恒温循环水箱6的设置温度与上钢板1的预加热温度一致，第二恒温循环水箱13的设置温度与下钢板2的预设温度一致，按下第一恒温循环水箱6和第二恒温循环水箱13上的循环按钮，通过恒温循环水对上钢板1和下钢板2进行加热处理，使下钢板2温度为10℃，上钢板1温度为20-70℃，第一恒温循环水箱6设置温度与下钢板2的加热温度一致，第二恒温循环水箱13的设置温度与上钢板1的加热温度一致；
步骤4，数据采集：每间隔40-50min对被测液体进行一次采集，使用针头带有角度的针管从若干个取液口8进行取样，之后通过阿贝折射仪或者密度计对被测液体的密度ρ进行测量，得到多组数据后取平均值以降低误差；
步骤5，重复步骤4，至被测液体的密度无变化为止，实验结束；
步骤6，数据处理：通过实验所测ΔT和ΔC，并通过tablecurve 2d软件对数据点进行拟合，绘出曲线，得到Soret系数ST的值，其中ΔT为上钢板与下钢板之间的温度差，ΔC为中间液体槽的上层被测液体与下层被测液体之间的浓度差，上层被测液体为中间液体槽3中靠近上钢板1的被测液体，下层被测液体为中间液体槽3中靠近下钢板2的被测液体，C0为被测液体的初始浓度，t为时间变量，其中C0＝ρ0·ω·1000/M，ρ0为初始密度，ω为溶质的质量分数，M为物质的摩尔质量。

Claims (5)

1.一种索瑞特系数测量装置，其特征在于，包括用于提供热扩散场所的索瑞特系数的测量单元和用于维持温度梯度的恒温循环水箱，所述恒温循环水箱包括第一恒温循环水箱和第二恒温循环水箱；
所述测量单元包括上钢板、下钢板和中间液体槽，所述上钢板一端开设有截面为凸形结构的上空腔，上空腔与上盖子固定安装，上盖子通过其上对称设置的上出口和上进口分别与第一恒温循环水箱进水口和出水口相连，上钢板另一端与中间液体槽一端相连，中间液体槽的宽面上设置注液口，中间液体槽的两个长窄面对称设置有若干取液口，中间液体槽另一端与下钢板一端相连，下钢板另一端开设有截面为凸形结构的下空腔，下空腔与下盖子固定安装，下盖子通过其上对称设置的下出口和下进口与第二恒温循环水箱的进水口和出水口相连，所述上钢板、中间液体槽和下钢板通过螺纹钢筋和螺母固定，且上钢板、中间液体槽和下钢板的连接处涂抹密封胶。
2.根据权利要求1所述的一种索瑞特系数测量装置，其特征在于：所述中间液体槽采用低导热的PVC材料。
3.根据权利要求1所述的一种索瑞特系数测量装置，其特征在于：所述上钢板与中间液体槽之间、中间液体槽与下钢板之间均设置有密封胶垫。
4.一种索瑞特系数测量的方法，采用权利要求1所述的一种索瑞特系数测量的装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，组装装置：现将下钢板放置于水平面上，再将中间液体槽放置于下钢板上，且下钢板的下空腔面向水平面设置，最后将上钢板放置于中间液体槽上，且上钢板的上空腔远离中间液体槽设置，在上钢板、中间液体槽和下钢板位于同一轴线的孔内插入螺纹钢筋，并拧紧所有的螺母，最后在上钢板、中间液体槽和下钢板的连接处涂抹密封胶，静置20-30min；
步骤2，注入被测液体：通过针管将被测液体通过注液口加入到中间液体槽内，并进行静置处理；
步骤3，对上钢板和下钢板进行加热处理：将上钢板的上出口和上进口与第一恒温循环水箱的进水口和出水口连接，下钢板的下出口和下进口与第二恒温循环水箱的进水口和出水口相连，按下电源按钮，接通电源，通过第一恒温循环水箱和第二恒温循环水箱的温度调节按键设置温度后，按下第一恒温循环水箱和第二恒温循环水箱上的循环按钮，通过恒温循环水对上钢板和下钢板进行加热处理；
步骤4，数据采集：每间隔40-50min对被测液体进行一次采集，使用针管从若干个取液口进行取样，之后通过阿贝折射仪或者密度计对被测液体的密度进行测量，得到多组数据后取平均值以降低误差；
步骤5，重复步骤4，至被测液体的密度无变化为止，实验结束；
步骤6，数据处理：通过实验所测ΔT和ΔC，并通过tablecurve2d软件对数据点进行拟合，绘出曲线，得到Soret系数ST的值，其中ΔT为上钢板与下钢板之间的温度差，ΔC为中间液体槽的上层被测液体与下层被测液体之间的浓度差，C0为被测液体的初始浓度，t为时间变量。
5.根据权利要求4所述的一种索瑞特系数测量的方法，其特征在于：步骤3所述的上钢板的加热温度为10℃，下钢板的加热温度为20-70℃。
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