• / 6
  • 下载费用:1 下载币  

HFC_152a致冷剂气体水合物结晶过程的实验研究3

关 键 词:
HFC_152a 致冷 气体 水合物 结晶 过程 实验 研究
资源描述:
第 32卷 第 1期 中   国   科   学   技   术   大   学   学   报 32 ,12 0 0 2 年 2 月 F F F 2 0 0 2文 章 编 号 :025322778 (2002) 0120098206 冷 剂 气 体 水 合 物 结 晶 过 程的 实 验 研 究 利 1 ,2 ,郭 开 华 2 ,舒 碧 芬 2 ,葛 新 石 1(1. 中 国 科 学 技 术 大 学 热 科 学 与 能 源 工 程 系 ,安 徽 合 肥 230026 ; 2. 中 国 科 学 院 广 州 能 源 研 究 所 ,广 州 510070)摘 要 :对 冷 剂 气 体 水 合 物 结 晶 生 成 过 程 进 行 了 实 验 研 究 ,研 究 了 外 界 环境 温 度 对 水 合 物 结 晶 引 导 时 间 的 影 响 ,通 过 数 据 分 析 ,得 到 了 引 导 时 间 与 环 境 温 度 的依 变 关 系 . 对 体 水 合 物 结 晶 生 成 过 程 进 行 了 可 视 化 实 验 研 究 ,得 到 了 外界 不 同 温 度 条 件 下 的 水 合 物 结 晶 生 成 过 程 图 像 ,对 生 成 过 程 图 像 进 行 分 析 ,认 为 水 合物 是 通 过 局 部 随 机 成 核 ,已 成 核 部 分 诱 导 临 近 区 域 进 而 扩 展 至 整 个 两 相 接 触 界 面 形成 的 词 :气 体 水 合 物 ;引 导 时 间 ;结 晶 生 成 过 程 图 像中 图 分 类 号 :12 ;     文 献 标 识 码 : 引 言气 体 水 合 物 是 指 气 体 或 易 挥 发 的 液 体 在 一 定 温 度 下 (一 般 高 于 冰 点 温 度 )与 水 结 合 而 形成 的 包 络 状 晶 体 . 作 为 大 分 子 的 气 体 或 液 体 分 子 被 水 分 子 环 绕 ,中 间 通 过 范 德 华 力 而 形 成的 . 气 体 水 合 物 通 常 有 两 大 类 ,一 类 是 致 冷 剂 气 体 水 合 物 ,另 一 类 是 天 然 气 水 合 物 . 致 冷 剂 气体 水 合 物 晶 体 在 5 ℃ 到 12 ℃ 之 间 形 成 ,同 时 释 放 相 变 潜 热 . 由 于 致 冷 剂 水 合 物 作 为 相 变 储能 介 质 在 空 调 蓄 冷 方 面 的 独 特 优 势 [1 ,2 ] ,加 上 未 来 巨 大 能 源 — — — 深 海 天 然 气 气 体 水 合 物 的发 现 [3 ] ,对 气 体 水 合 物 生 成 过 程 的 研 究 已 成 为 能 源 、 环 保 、 油 气 等 工 业 重 要 而 迫 切 的 研 究 课题 物 的 生 成 过 程 分 为 三 个 阶 段 :冷 却 期 、 成 核 期 、 生 成 期 [4 ] ,成 核 期 的 一 个 重 要 参 数 就是 引 导 时 间 ,在 一 定 过 冷 条 件 下 ,气 体 或 者 液 体 分 子 与 水 分 子 相 结 合 ,形 成 水 合 物 晶 核 ,同 时晶 核 又 不 断 地 融 化 ,这 样 反 复 一 段 时 间 (引 导 时 间 )之 后 ,当 晶 核 生 成 的 趋 势 大 于 晶 核 融 化 的趋 势 ,成 核 期 才 逐 渐 完 成 ,过 渡 到 水 合 物 晶 体 的 生 长 期 . 本 文 通 过 测 量 水 合 物 反 应 器 中 温 度的 变 化 来 得 到 水 合 物 的 结 晶 引 导 时 间 . 研 究 水 合 物 的 结 晶 生 长 期 方 面 的 文 章 中 ,关 于 水 合 物相 形 成 和 生 长 形 态 的 报 道 很 少 ,主 要 收 录 在 ]的 天 然 气 水 合 物 论 文 集 中 , ,7 ]观X 收 稿 日 期 :2001204230基 金 项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (59836230)作 者 简 介 :赵 永 利 ,男 ,1972 年 生 ,博 士 研 究 生 体 水 合 物 的 生 成 过 程 ,赵 永 利 [8 ,9 ]拍 摄 到 体 水 合物 结 晶 生 成 过 程 图 像 . 本 文 对 冷 剂 气 体 水 合 物 的 结 晶 过 程 进 行 可 视 化 研 究 ,观测 了 不 同 环 境 温 度 下 的 水 合 物 结 晶 生 成 过 程 形 态 . 通 过 了 解 水 合 物 生 长 过 程 中 的 形 态 学 ,深入 了 解 水 合 物 的 结 晶 生 长 机 制 实 验本 实 验 是 在 气 体 水 合 物 结 晶 可 视 化 低 温 显 微 实 验 台 上 进 行 的 ,实 验 系 统 装 置 如 图 1 所示 . 由 台 体 、 冷 源 系 统 、 可 控 硅 加 热 系 统 、 数 据 采 集 控 制 系 统 、 数 字 图 像 摄 录 系 统 、 水 合 反 应 器六 部 分 组 成 压 缩 机 ;2. 冷 凝 器 ;3. 毛 细 管 ;4. 蒸 发 器 ;5. 热 电 偶 ;6. 可 控 硅 ;7. 加 热 管 ; 反 应 器 ;9. 数 码 摄 像 机 ;10. 玻 璃 框 体 ;11. 计 算 机 ;12. 数 据 采 集 控 制 系 统图 1   气 体 水 合 物 结 晶 可 视 化 低 温 实 验 系 统 图1   of 室 台 台 体 由 具 有 隔 热功 能 的 中 空 玻 璃 框 体 组 成 ,中空 玻 璃 框 体 的 内 框 装 有 吸 湿 材料 ,并 通 过 小 孔 与 玻 璃 夹 层 相通 ,可 有 效 地 吸 收 夹 层 内 的 少量 水 蒸 气 ,防 止 因 实 验 台 内 低温 而 引 起 玻 璃 夹 层 出 现 水 雾 甚至 冰 珠 . 实 验 台 的 冷 源 由 小 型制 冷 机 组 构 成 ,通 过 铜 管 与 台内 蒸 发 器 相 连 ,为 了 能 够 连 续调 整 台 内 温 度 ,在 蒸 发 器 冷 风出 口 安 设 加 热 管 ,由 可 控 硅 调控 加 热 管 温 度 ,再 与 蒸 发 器 送风 温 度 配 合 来 形 成 需 要 的 冷 气 流 ,以 保 持 提 供 台 内 温 度 . 台 内 安 设 热 电 偶 与 台 外 微 机 多 点 数据 采 集 系 统 相 连 ,测 控 台 内 温 度 连 续 可 调 集 的 数 码 摄 像 机 ( 水 合 物 生 成 过 程 进 行 观 测 ,摄像 机 输 出 的 信 号 通 过 图 像 数 据 采 集 卡 (进 行 计 算 机 ,捕 捉 连 续 的 数 字 图 像 ,最 后将 连 续 的 数 字 图 像 (由 每 秒 20 - 30 帧 的 图 片 组 成 ) 存 入 硬 盘 . 建 立 了 由 数 码 摄 像 机 2图 像 采集 卡 2微 型 计 算 机 组 成 的 数 字 微 观 图 像 摄 录 系 统 反 应 器 由 一 圆 柱 型 密 闭 不 锈 钢 筒 组 成 ,圆 筒 的 前 后 端 板 各 有 一 块 视 镜 玻 璃 ,视 镜 和筒 体 之 间 用 法 兰 联 接 ,两 块 视 镜 间 的 厚 度 为 6 × 10 - 3 m ,筒 内 容 积 为 1. 5 × 10 - 5 水 合 反 应器 内 的 温 度 通 过 铂 电 阻 测 量 ,测 温 精 度 为 ± 0. 1 ℃ . 抽 真 空 之 后 装 入 水 和 致 冷 剂 将 水 合 反 应 器 放 入 温 度 设 定 好 的 恒 温 空 气 浴 内 ,反 应 器 内 温 度 稳 定 后 ,开 启 摄 录 系 统 结 果 及 讨 论2. 1   空 气 浴 温 度 对 合 物 结 晶 引 导 时 间 的 影 响气 体 水 合 物 作 为 一 种 晶 体 ,它 的 形 成 包 括 晶 体 成 核 和 晶 体 生 长 两 个 步 骤 . 但 气 体 水 合 物又 和 单 晶 有 所 不 同 ,具 有 其 独 特 的 成 核 和 生 长 条 件 . 在 本 文 引 导 时 间 定 义 在 过 冷 条 件 下 ,反应 器 中 心 温 度 保 持 不 变 的 时 间 ,也 就 是 成 核 过 程 的 完 成 期                   冷 剂 气 体 水 合 物 结 晶 过 程 的 实 验 研 究                  将 装 好 工 质 的 反 应 器 放 入 恒 温 空 气 浴 中 ,进 入 气 体 水 合 物 生 成 的 第 一 阶 段 冷 却 期 ,冷 却期 内 ,工 质 温 度 逐 渐 下 降 ,一 直 降 到 空 气 浴 温 度 ,进 入 水 合 物 生 成 的 第 二 阶 段 成 核 期 . 从 图 2(a)可 以 清 楚 地 看 出 ,空 气 浴 温 度 越 低 ,成 核 越 容 易 进 行 ,引 导 时 间 越 短 . 空 气 浴 温 度 为 5 ℃时 ,引 导 时 间 接 近 16 当 空 气 浴 温 度 降 到 1 ℃ 时 ,工 质 还 没 有 降 到 空 气 浴 温 度 就 直 接 从冷 却 期 进 入 到 生 长 期 . 从 图 2 (b) 可 以 看 到 ,当 空 气 浴 温 度 较 低 时 ,引 导 时 间 变 化 不 大 ,空 气浴 温 度 在 3 ℃ 到 4 ℃ 之 间 ,引 导 时 间 变 化 很 快 .(a)反 应 器 中 心 温 度 随 时 间 的 变 化                         (b)空 气 浴 温 度 2引 导 时 间 关 系 图图 2   体 水 合 物 不 同 空 气 浴 温 度 下 中 心 温 度 2引 导 时 间 关 系 图2   冷 剂 分 子 与 水 分 子 相 结 合 可 生 成 Ⅰ 型 结 构 晶 穴 和 Ⅱ 型 结 构 晶 穴 水 合 物 [3 ] ,如 果 两 种 水 合 物 的 稳 定 性 相 差 不 大 时 ,则 会 引 起 一 种 水 合 物 结 构 的 消 失 而 转 化 为 另 一 种 水合 物 结 构 ,并 且 这 两 种 水 合 物 结 构 的 相 互 转 化 是 同 时 进 行 的 ,从 而 较 难 形 成 稳 定 的 水 合 物 晶核 ,在 实 验 中 表 现 为 较 长 的 引 导 时 间 2   体 水 合 物 结 晶 生 成 过 程 图 像将 水 合 反 应 器 放 在 3 ℃ 的 恒 温 空 气 浴 中 . 152a 在 3 ℃ 的 密 度 小 于 同 温 度 下 水 的 密 度 ,浮在 水 面 ,如 图 3 (a)所 示 . 仅 仅 过 了 4 在 壁 面 处 致 冷 剂 和 水 接 解 过 冷 成 核 ,成 核 过 程 沿 着水 和 致 冷 剂 的 接 触 面 蔓 延 开 来 ,如 (b)所 示 . 在 (c) 中 ,致 冷 剂 上 方 也 出 现 了 白 色 固 态 物 质 粘附 在 玻 璃 壁 面 上 ,这 是 致 冷 剂 蒸 气 和 水 蒸 气 相 互 结 合 ,形 成 的 水 合 物 所 致 . (d) 中 ,这 种 成 核过 程 继 续 蔓 延 ,上 面 的 水 合 物 晶 体 也 在 变 多 . (e)中 ,整 个 致 冷 剂 和 水 的 接 触 界 面 全 部 形 成 水合 物 层 ,致 冷 剂 上 方 的 气 体 空 间 由 于 水 蒸 气 已 经 耗 尽 ,粘 附 在 玻 璃 壁 面 的 水 合 物 相 不 再 增加 ,而 在 水 相 中 ,出 现 了 白 色 雪 状 水 合 物 晶 体 从 水 合 物 层 上 掉 入 水 中 ,这 与 合 物在 水 中 形 成 的 支 晶 机 制 [9 ]类 似 ,也 是 致 冷 剂 通 过 水 合 物 层 继 续 相 水 相 中 扩 散 ,继 续 形 成 新 的水 合 物 所 致 ,由 于 形 成 合 物 的 分 子 结 构 不 同 于 合 物 ,形 成 的 水 合 物支 晶 比 较 容 易 破 裂 ,支 晶 的 密 度 大 于 水 ,慢 慢 掉 入 水 中 ,在 水 下 积 累 越 来 越 多 ,20 后 ,001                                中 国 科 学 技 术 大 学 学 报                             第 32 卷最 后 的 状 态 如 (h)所 示 ,水 相 中 的 水 合 物 在 此 温 度 下 ,不 再 融 化 ,由 于 没 有 新 的 致 冷 剂 补 充 ,图 3   冷 剂 气 体 水 合 物 结 晶 生 成 过 程 实 验 图 像 (3 ℃ )3   3 ℃ )101第 1 期                   冷 剂 气 体 水 合 物 结 晶 过 程 的 实 验 研 究                  也 不 再 继 续 生 成 3   空 气 浴 温 度 对 合 物 结 晶 生 成 过 程 形 态 的 影 响设 定 不 同 的 空 气 浴 温 度 ,得 到 冷 剂 水 合 物 气 体 水 合 物 在 5 ℃ 、 8 ℃ 时 的 结晶 生 成 形 态 ,水 合 物 在 不 同 空 气 浴 温 度 下 最 终 结 晶 形 成 如 图 4 所 示 ,从 图 4 中 可 以 看 出 空 气浴 的 温 度 越 低 ,水 合 物 形 成 的 支 晶 越 多 、 越 粗 . 在 3 ℃ 时 ,可 以 看 出 明 显 的 支 状 ,而 到 8 ℃ 时 ,水 合 物 已 经 呈 碎 屑 状 ,温 度 越 低 ,反 应 宏 观 效 果 越 明 显 ,致 冷 剂 相 通 过 水 合 物 层 扩 散 得 越 强烈 ,形 成 的 水 合 物 也 越 多 . 致 冷 剂 水 合 物 在 过 冷 的 条 件 下 成 核 结 晶 ,空 气 浴 温 度 越 低 ,水 合 物支 晶 孕 育 成 核 的 引 导 时 间 越 短 ,形 成 的 反 应 热 较 容 易 释 放 出 去 ,形 成 的 支 晶 较 完 整 、 规 范   冷 剂 气 体 水 合 物 不 同 空 气 浴 温 度 下 的 结 晶 生 成 过 程 实 验 图 像4   结 论1) 通 过 测 量 水 合 反 应 器 内 中 心 温 度 ,得 到 了 冷 剂 气 体 水 合 物 结 晶 引 导 时间 和 外 部 空 气 浴 温 度 的 依 变 关 系 ,水 合 物 结 晶 引 导 时 间 和 处 界 温 度 不 是 呈 线 性 关 系 变 化 ,而是 S 形 关 系 变 化 ,在 空 气 浴 为 2 - 4 ℃ 的 条 件 下 ,引 导 时 间 变 化 较 大 在 水 合 反 应 器 中 存 在 两 个 区 域 中 可 以 形 成 水 合 物 ,一 个 是 蒸 气 区 ,另 一 个 区 域 在 致冷 剂 和 水 的 接 触 界 面 处 冷 剂 气 体 水 合 物 的 生 成 是 通 过 局 部 随 机 成 核 ,已 成 核 部 分 诱 导 临 近 区 域进 而 扩 展 整 个 两 相 相 接 触 界 面 而 形 成 的 ,在 致 冷 剂 相 和 水 相 之 间 就 形 成 了 一 个 水 合 物 层 , 过 形 成 水 合 物 层 向 水 相 中 扩 散 ,继 续 形 成 水 合 物 与 体 水 合 物 结 晶 生 成 过 程 相 比 较 可 知 , 冷 剂气 体 水 合 物 的 形 成 是 在 过 冷 的 条 件 下 ,致 冷 剂 和 水 接 触 的 壁 面 处 先 成 核 形 成 水 合 物 ,已 形 成的 水 合 物 晶 核 逐 级 诱 导 邻 近 的 区 域 成 核 ,形 成 新 的 水 合 物 . 这 种 诱 导 是 一 种 随 机 的 方 式 . 对于 体 水 合 物 ,致 冷 剂 和 水 在 过 冷 的 条 件 下 ,接 触 面 形 成 晶 核 ,后 者 作 为 种 子 诱导 邻 近 成 核 ,是 一 种 以 种 子 基 础 的 诱 导 生 长 ,在 两 相 界 面 接 触 处 形 成 水 合 物 [10 ,11 ] 文 献[ 1 ]   H , F , J . of ]. C]. , 1996 ,1 :381~                               中 国 科 学 技 术 大 学 学 报                             第 32 卷[2 ]   H , F , . in ]. B. 1996 ,728~ 733.[3 ]   D. of ]. 1997.[4 ]   赵 永 利 ,郭 开 华 ,张 奕 . 混 合 制 冷 剂 气 体 水 合物 生 成 及 融 解 过 程 实 验 研 究 [J ]. 工 程 热 物 理学 报 ,1998 ,20 (4) :480~ 483.[ 5 ]   F. of ]. 1997.[6 ]   , H. of at of in or J ]. , 1996 ,51 (13) :3505~ 3517.[7 ]   H , . ]. , 1997 ,52(20) :3613~ 3616.[8 ]   L , H , S , et of ]. ,2000 , 54 (6) :1~ 3.[9 ]   et IN ]. (to be .[10 ] 赵 永 利 ,郭 开 华 ,刘 晓 聪 等 . 冷 剂气 体 水 合 物 结 晶 生 成 过 程 及 型 [J ]. 科学 通 报 ,2001 ,46 (9) :770~ 776.[11 ] 赵 永 利 . 致 冷 剂 气 体 水 合 物 结 晶 生 成 过 程 及其 形 态 学 实 验 研 究 [D ]. 合 肥 :中 国 科 学 技 术大 学 ,2 , . 30026 , 2. of 10070 , is is on of is of 期                   冷 剂 气 体 水 合 物 结 晶 过 程 的 实 验 研 究                  
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:HFC_152a致冷剂气体水合物结晶过程的实验研究3
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-53148.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开