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浓悬浮液粘滞系数与颗粒粒径分布的测量

作　者: 吴小云
导　师: 夏辉
学　校: 中南大学
专　业: 物理学
关键词: 低相干光纤动态光散射浓悬浮液粘滞系数多分散粒径分布
分类号: O436.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

悬浮液的粘滞系数以及颗粒粒度是表征胶体悬浮液性质的重要参数。胶体悬浮液的粘滞系数表现出不同于常规颗粒悬浮液的粘滞系数变化规律,其粘滞系数受温度、悬浮液的体积分数、分散液体的稳定性等因素的影响,给实验测量带来带来一定的困难。目前,国内外已发展了多种方法来测量悬浮液的粘滞系数以及悬浮液中颗粒粒径分布,其中光散射法以其独特的优点占主导地位。近年来,动态光散射法已逐步成为颗粒测量技术发展的趋势。传统的动态光散射法只局限于稀薄溶液的测量,尤其对浓厚溶液中双峰分布颗粒系的测量存在一定的局限性。本论文提出一种新的检测方法,即低相干光纤动态光散射技术来测量浓厚溶液中颗粒的动态特性。在已知粒径分布的情况下,以单散射理论为基础,通过解析实验检测到的单散射光光谱来获得胶体悬浮液在不同体积分数不同温度下悬浮液的有效粘滞系数。将实验测量值与Carnahan-Starling近似计算得到的理论值相比较,其误差在5%之内。实验结果表明,在温度为281K～308K范围内、在体积分数1%～10%范围内,布朗短时间区域内有效粘滞系数的测量值与Carnahan-Starling近似得到的理论值吻合得较好。实验验证了低相干光纤动态光散射技术可用来研究测量不同浓度不同温度下胶体悬浮液的有效粘滞系数。在针对高浓度散射介质的条件下,用低相干光纤动态光散射技术测量浓悬浮液中多分散颗粒系的粒径及其粒径分布。利用迭代CONTIN算法对实验数据进行反演运算,得到多分散颗粒系的粒径分布结果。结果表明,浓悬浮液中多分散颗粒系的峰值粒径测量值与给定的两种标准粒径值相吻合,其误差在4%之内,粒径分布曲线中各散射颗粒所反映的散射体光强分布与根据Mie散射计算得到的理论值相吻合。实验结果证明低相干光纤动态光散射实验系统能准确测量浓悬浮液中多分散颗粒粒径分布以及颗粒成分。图25幅,表4个,参考文献73篇。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 研究目的与意义  9-10
  1.2 胶体悬浮液粘滞性及颗粒测量研究进展  10-12
    1.2.1 粘滞系数的测量  10-11
    1.2.2 颗粒粒度测量技术及其进展  11-12
  1.3 胶体悬浮液中粘滞系数的研究现状  12-14
  1.4 本文的研究内容及方法  14-15
    1.4.1 本论文的研究内容  14-15
    1.4.2 本论文的研究方法  15
  1.5 小结  15-16
2 低相干光纤动态光散射法  16-26
  2.1 单散射理论  16-19
  2.2 低相干光纤动态光散射  19-25
    2.2.1 低相干光光源  19-21
    2.2.2 低相干光纤动态光散射原理  21-24
    2.2.3 低相干光纤动态光散射实验装置  24-25
  2.3 小结  25-26
3 胶体悬浮液有效粘滞系数的测量  26-33
  3.1 引言  26-27
  3.2 悬浮液粘滞系数的理论模型  27-28
  3.3 实验及样品配置  28-29
  3.4 实验结果与讨论  29-32
  3.5 小结  32-33
4 浓悬浮液中颗粒粒径分布的迭代CONTIN算法分析  33-43
  4.1 引言  33-34
  4.2 迭代CONTIN反演算法  34-36
    4.2.1 时间自相关函数与颗粒粒径分布关系  34
    4.2.2 CONTIN算法的约束正则化  34-35
    4.2.3 最优正则化参数的选择  35-36
    4.2.4 迭代CONT-算法  36
  4.3 数值模拟与分析  36-40
    4.3.1 无噪音时颗粒系的反演  36-37
    4.3.2 随机噪音对反演结果的影响  37-40
  4.4 实验数据运算分析与讨论  40-41
  4.5 小结  41-43
5 浓悬浮液中多分散颗粒粒径分布的测量  43-53
  5.1 引言  43-44
  5.2 理论基础  44-47
    5.2.1 粒径分布函数  44
    5.2.2 球型颗粒的Mie散射理论  44-47
  5.3 实验样品配置  47
  5.4 实验结果与分析  47-52
  5.5 小结  52-53
6 总结与展望  53-55
  6.1 总结  53-54
  6.2 展望  54-55
参考文献  55-61
附录  61-65
攻读硕士学位期间主要的研究成果  65-66
致谢  66

浓悬浮液粘滞系数与颗粒粒径分布的测量

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