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离子液体的物性估算及其醇溶液的微管流动特性研究

作　者: 周颖
导　师: 何潮洪
学　校: 浙江大学
专　业: 化学工程
关键词: 离子液体 基团贡献法 静态介电常数 电导率 微管 流动
分类号: TQ413.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 2次
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内容摘要


微化工技术具传热传质效率高、容易放大和安全裕度高等优点,在危险化工产品的生产和强放热反应等领域有着广阔的应用前景。微管道中的流动特性对微换热器和微反应器等微化工设备的设计和优化具有重要意义。离子液体是一种新型的绿色溶剂,具有可设计性,有望代替传统有机溶剂用于化工生产中,因此研究离子液体的物性及其溶液的微管流动特性对离子液体的工业化和微化工设备的设计开发具有重要意义。含有离子的溶液与微管道表面接触时,微管表面会带上静电荷,使溶液中的正负电荷重新分布,在壁面附近形成双电层,产生阻碍流体运动的电黏性效应。当微管尺度较小时,电黏性效应可能会对其流动特性产生显著的影响。本文以乙醇和5种不同浓度的[C2mim][EtSO4]乙醇溶液为工质,研究了其在三个不同内径的不锈钢微管内的层流流动特性,并考察了电黏性效应对其流动过程的影响。主要研究内容如下：(1)静态介电常数是研究电黏性效应对微流动影响的一个重要物性参数,为此论文提出了一种估算离子液体静态介电常数的基团贡献法。选择了27个基团对58种离子液体的128个静态介电常数数据进行拟合,平均相对偏差为7.41%,远低于其它学者提出的估算模型。该方法简单可靠,能较好地用于不同温度下离子液体静态介电常数的估算。(2)电导率也是电黏性效应研究中的一个关键物性参数,基于Erying反应速率理论和自由体积理论,论文提出了一种新的估算离子液体电导率的基团贡献法。对本文包含的124种离子液体,1016个电导率数据点,平均相对偏差为7.89%。利用该模型计算了3种离子液体在不同温度下的电导率以验证所提模型估算离子液体电导率的可靠性。(3)测定了[C2mim][EtSO4]乙醇溶液在285.15-313.15K温度范围内的密度和黏度,并以乙醇和10-6mol/L.10-5mol/L、10-4mol/L、10-3mol/L和0.1mol/L的[C2mim][EtSO4]乙醇溶液为工质,研究了其在内径为0.353mm、0.254mm和0.129mm的不锈钢微管内的层流流动特性,探索了离子液体的电黏性效应对其流动过程的影响。

全文目录


致谢  6-7
摘要  7-8
Abstract  8-12
缩写、符号清单和术语表  12-15
1 文献综述  15-37
  1.1 引言  15-16
  1.2 离子液体概述  16-20
    1.2.1 离子液体概述  16-17
    1.2.2 离子液体的种类和性质  17
    1.2.3 离子液体的合成  17-18
    1.2.4 离子液体的应用  18-20
  1.3 离子液体物性估算的研究进展  20-22
  1.4 微通道内液体流动特性的研究进展  22-25
  1.5 微通道内液体流动特性的主要影响因素  25-29
    1.5.1 尺度效应  25
    1.5.2. 电黏性效应的影响  25-28
    1.5.3 流体极性的影响  28
    1.5.4 气泡的影响  28-29
    1.5.5 表面粗糙度的影响  29
  1.6 离子液体的流动传热研究进展  29
  1.7 本文研究内容及意义  29-31
  本章参考文献  31-37
2 离子液体静态介电常数的计算与估算  37-54
  2.1 前言  37-39
  2.2 模型的建立  39-44
    2.2.1 Onsager模型  39-42
    2.2.2 关联模型  42-44
  2.3 结果与讨论  44-47
  2.4 本章小结  47-49
  本章参考文献  49-54
3 基团贡献法估算离子液体的电导率  54-65
  3.1 前言  54-56
  3.2 基团贡献法估算离子液体的电导率  56-59
  3.3 结果与讨论  59-60
  3.4 本章小结  60-61
  本章参考文献  61-65
4 [C_2mim][EtSO_4]乙醇溶液在不锈钢微管中的流动特性研究  65-93
  4.1 前言  65-67
  4.2 [C_2mim][EtSO_4]乙醇溶液的密度和黏度测定  67-71
  4.3 微管流动实验装置和测量方法  71-74
  4.4 微管流动实验数据处理  74-75
  4.5 微管流动实验误差分析  75-76
  4.6 结果与讨论  76-91
    4.6.1 [C_2mim][EtSO_4]乙醇溶液在内径为0.353mm的不锈钢微管内的流动特性  76-82
    4.6.2 [C_2mim][EtSO_4]乙醇溶液在内径为0.254mm的不锈钢微管内的流动特性  82-87
    4.6.3 [C_2mim][EtSO_4]乙醇溶液在内径为0.129mm的不锈钢微管内的流动特性  87-91
  4.7 本章小结  91-92
  本章参考文献  92-93
5 结论与展望  93-95
  5.1 结论  93
  5.2 展望  93-95
附录1  95-98
附录2  98-107
附录3  107-113
作者简历  113
科研成果  113

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