Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hệ số khuếch tán phụ thuộc nồng độ của các hỗn hợp khí nhị phân sử dụng tế bào Loschmidt với giao thoa học holographic
Tóm tắt
Một thiết lập thí nghiệm và quy trình đánh giá dữ liệu cải tiến được trình bày cho một tế bào Loschmidt kết hợp với giao thoa học để đo hệ số khuếch tán nhị phân phụ thuộc nồng độ. Chúng tôi đã khắc phục các bất đồng lâu dài về sự phụ thuộc nồng độ được tìm thấy trong tài liệu. Phân tích hệ thống các phần dư từ ước lượng tham số đã cho phép cải tiến thiết lập thí nghiệm và xác định các tham số phù hợp có liên quan. Đặc biệt, chúng tôi nhận thấy rằng cần phải xem xét các bất định (1) trong các điều kiện ban đầu, (2) trong sự ổn định nhiệt của thiết lập quang học, và (3) trong việc hiệu chỉnh camera. Thiết lập thí nghiệm cải tiến và quy trình đánh giá dữ liệu đã được xác thực với các phép đo khuếch tán của hệ thống heli–krypton. Sự phụ thuộc nồng độ của hệ số khuếch tán được xác định thành công từ nhiều thí nghiệm với các hỗn hợp khí có thành phần ban đầu khác nhau trong các nửa tế bào của tế bào Loschmidt. Sự đồng nhất với dữ liệu trong tài liệu và chất lượng phù hợp tuyệt vời cho phép có sự tự tin cao vào kết quả. Trong Phần II của bài báo này (Wolff et al., trong Int J Thermophys, 2018,
https://doi.org/10.1007/s10765-018-2451-7
), thiết lập đo lường được cải tiến kết hợp với một mô hình khuếch tán tinh vi để xác định các hệ số khuếch tán phụ thuộc nồng độ từ các phép đo đơn của việc trộn các khí sạch.
Từ khóa
#khuếch tán #hệ số khuếch tán #hỗn hợp khí nhị phân #tế bào Loschmidt #giao thoa học holographicTài liệu tham khảo
I.G. Economou, J.C. de Hemptinne, R. Dohrn, E. Hendriks, K. Keskinen, O. Baudouin, Chem. Eng. Res. Des. 92, 2795 (2014). https://doi.org/10.1016/j.cherd.2014.10.022
E.L. Cussler, Diffusion—Mass Transfer in Fluid Systems (Cambridge University Press, Cambridge, 2007)
Diffusion in Minerals and Melts (2010). https://pubs.geoscienceworld.org/rimg/issue/72/1. Accessed 19 July 2018
J. Amalberti, X. Antoine, P. Burnard, Math. Geosci. 50, 417 (2018). https://doi.org/10.1007/s11004-018-9732-3
Z.A. Makrodimitri, A. Heller, T.M. Koller, M.H. Rausch, M.S.H. Fleys, A.R. Bos, G.P. van der Laan, A.P. Fröba, I.G. Economou, J. Chem. Thermodyn. 91, 101 (2015). https://doi.org/10.1016/j.jct.2015.07.026
O.A. Moultos, I.N. Tsimpanogiannis, A.Z. Panagiotopoulos, J.P.M. Trusler, I.G. Economou, J. Phys. Chem. B 120, 12890 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.6b04651
B. Jäger, E. Bich, J. Chem. Phys. 146, 214302 (2017). https://doi.org/10.1063/1.4984100
F. Sharipov, V.J. Benites, J. Chem. Phys. 147, 224302 (2017). https://doi.org/10.1063/1.5001711
A. Heller, C. Giraudet, Z.A. Makrodimitri, M.S.H. Fleys, J. Chen, G.P. van der Laan, I.G. Economou, M.H. Rausch, A.P. Fröba, J. Phys. Chem. B (2016). https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.6b08117
T.M. Koller, A. Heller, M.H. Rausch, P. Wasserscheid, I.G. Economou, A.P. Fröba, J. Phys. Chem. B 119, 8583 (2015). https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.5b02659
A. Heller, T.M. Koller, M.H. Rausch, M.S.H. Fleys, A.N.R. Bos, G.P. van der Laan, Z.A. Makrodimitri, I.G. Economou, A.P. Fröba, J. Phys. Chem. B 118, 3981 (2014). https://doi.org/10.1021/jp500300y
T. Kugler, M.H. Rausch, A.P. Fröba, Int. J. Thermophys. 36, 3169 (2015). https://doi.org/10.1007/s10765-015-1981-5
F. Yue, P. Fu, Y. Liu, K. Bie, H. Zhou, Optik 156, 825 (2018). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2017.12.069
J. Castañer, C.A. Ramírez, Chem. Eng. Commun. 205, 1167 (2018). https://doi.org/10.1080/00986445.2018.1437033
J.L. Medina, C.A. Ramírez, Chem. Eng. Commun. 203, 1625 (2016). https://doi.org/10.1080/00986445.2016.1223059
A. Kalyakin, A. Volkov, A. Vylkov, E. Gorbova, D. Medvedev, A. Demin, P. Tsiakaras, J. Electroanal. Chem. 808, 133 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2017.12.001
C. Liu, W.S. McGivern, J.A. Manion, H. Wang, J. Phys. Chem. A 120, 8065 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.jpca.6b08261
J. Amalberti, P. Burnard, L. Tissandier, D. Laporte, Chem. Geol. 480, 35 (2018). https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2017.05.017
P.S. Arora, P.J. Carson, P.J. Dunlop, Chem. Phys. Lett. 54, 117 (1978). https://doi.org/10.1016/0009-2614(78)85678-4
G.R. Staker, P.J. Dunlop, K.R. Harris, T.N. Bell, Chem. Phys. Lett. 32, 561 (1975). https://doi.org/10.1016/0009-2614(75)85240-7
G.R. Staker, M.A. Yabsley, J.M. Symons, P.J. Dunlop, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1, 825 (1974). https://doi.org/10.1039/F19747000825
R.J.J. van Heijningen, J.P. Harpe, J.J.M. Beenakker, Physica 38, 1 (1968). https://doi.org/10.1016/0031-8914(68)90059-1
L.A. Woolf, R. Mills, D.G. Leaist, C. Erkey, A. Akgerman, A.J. Easteal, D.G. Miller, J.G. Albright, S.F.Y. Li, W. Wakeham, Diffusion coefficients, chap. 9, in Measurement of the Transport Properties of Fluids. Experimental Thermodynamics VIII, ed. by W.A. Wakeham, A. Nagashima, J.V. Sengers (Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1991), pp. 228–320
J. Winkelmann, Diffusion in Gases, Liquids and Electrolytes A: Gases in Gases, Liquids and Their Mixtures (Springer, Berlin, 2007). https://doi.org/10.1007/978-3-540-49718-9_1
T.R. Marrero, E.A. Mason, J. Phys. Chem. Ref. Data 1, 3 (1972). https://doi.org/10.1063/1.3253094
W.E. Stewart, S. Gotoh, J.P. Sørensen, Ind. Eng. Chem. Fund. 12, 114 (1973). https://doi.org/10.1021/i160045a019
S. Gotoh, M. Manner, J.P. Sørensen, W.E. Stewart, Ind. Eng. Chem. Fundam. 12, 119 (1973). https://doi.org/10.1021/i160045a020
C.A. Boyd, N. Stein, V. Steingrimsson, W.F. Rumpel, J. Chem. Phys. 19, 548 (1951). https://doi.org/10.1063/1.1748290
J. Baranski, Bestimmung binärer diffusionskoeffizienten von gasen mit einer loschmidt-zelle und holografischer interferometrie. Dissertation, Universität Rostock, Rostock (2002)
T. Kugler, B. Jäger, E. Bich, M.H. Rausch, A.P. Fröba, Int. J. Thermophys. 34, 47 (2013). https://doi.org/10.1007/s10765-012-1352-4
D. Buttig, Bestimmung binärer diffusionskoeffizienten in gasmischungen mit einer loschmidt-zelle und holografischer interferometrie. Dissertation, Universitẗ Rostock (2010)
K. Kerl, Über die untersuchung der diffusion binärer gasgemische. Dissertation, Techn. Univ., Braunschweig (1968)
T. Kugler, Determination of gaseous binary diffusion coefficients using a Loschmidt cell combined with holographic interferometry. Dissertation, Universität Erlangen-Nürnberg (2015)
T. Kugler, B. Jäger, E. Bich, M.H. Rausch, A.P. Fröba, Int. J. Thermophys. 36, 3116 (2015). https://doi.org/10.1007/s10765-015-1966-4
L. Wolff, P. Zangi, T. Brands, M.H. Rausch, H.-J. Koß, A.P. Fröba, A. Bardow, Int. J. Thermophys. (2018). https://doi.org/10.1007/s10765-018-2451-7
D. Buttig, E. Vogel, E. Bich, E. Hassel, Meas. Sci. Technol. 22, 105409 (2011). https://doi.org/10.1088/0957-0233/22/10/105409
D.R. MacQuigg, Appl. Opt. 16, 291 (1977). https://doi.org/10.1364/AO.16.000291
D.B. Neumann, H.W. Rose, Appl. Opt. 6, 1097 (1967). https://doi.org/10.1364/AO.6.001097
J. Crank, The Mathematics of Diffusion (Clarendon Press, Oxford, 1975)
H.J. Achtermann, J.G. Hong, G. Magnus, R.A. Aziz, M.J. Slaman, J. Chem. Phys. 98, 2308 (1993). https://doi.org/10.1063/1.464212
H. Fujita, J. Phys. Soc. Jpn. 11, 1018 (1956). https://doi.org/10.1143/JPSJ.11.1018
M. Kullnick, Interferometrische untersuchung der diffusion in binären gemischen realer gase mit einer loschmidt-diffusionsapparatur. Dissertation, Technical University of Braunschweig (2001)
Y. Bard, Nonlinear Parameter Estimation (Academic Press, New York, 1973)
P.J. Carson, P.J. Dunlop, Chem. Phys. Lett. 14, 377 (1972). https://doi.org/10.1016/0009-2614(72)80137-4
B.N. Srivastava, R. Paul, Physica 28, 646 (1962). https://doi.org/10.1016/0031-8914(62)90120-9
J. Kestin, K. Knierim, E.A. Mason, B. Najafi, S.T. Ro, M. Waldman, J. Phys. Chem. Ref. Data 13, 229 (1984). https://doi.org/10.1063/1.555703
W. Hogervorst, Physica 51, 59 (1971). https://doi.org/10.1016/0031-8914(71)90137-6
G.R. Staker, P.J. Dunlop, Chem. Phys. Lett. 42, 419 (1976). https://doi.org/10.1016/0009-2614(76)80643-4