gladstone—dale常數(shù)的測量研究

1、第3 3 卷 第4 期 l993 年 7月大 連 理 工 大 學 學 報 J o u r n a lo fD a l i a nUn i v e r s i t yo fT e c h n o l o g yV o l , 。 。 ’ N o ·黿J I I I． 1993，、G 一 4l a d s t o n e — D a l e常數(shù) 的測量研究 劉 正 白( 動 力 工 程 系 )丁f = 平c [』 l L摘 要

2、 提出 了 一種 蔽體 蒸汽 G l a d s t o n e — D a l e 常 數(shù) 的測 量 方法 ， 即應 用 激 光 全 息 干 陟技術 ， 通過 實驗 結果 與理 論 推 導 相結 臺 的方法 ， 確 定被 涮液 體 蒸 汽 在 某 一 波 長下 的 G l a d s t o n eD a l e 常 數(shù)． 本 文 為 火 箭發(fā) 動機 、 燃 氣 輪 機 、 柴 油 機 、 鍋 爐 以及其 他 動 力機 械 中液 體燃

3、 料 蒸發(fā)時 形 成 的 溫度 場 和 誰 度場 的測 量 研 究 提供 了一 個基 礎．關鍵 詞 ：液體燃料 ； 壘息干涉測量 法； 蒸汽／ G l a d s t o n e - D a l e常數(shù) 分 類 號 ： TK4 1 1 ． 1 2— — —— 一 - - - 一 0 前 言 C r 一牢 教隨著激光 器的發(fā)展和普及 ， 越 來越 多的激光測量技術在工程領域 內得到 了廣泛的應用． 在 火箭 發(fā)動 機 、 燃 氣輪機

4、、 柴油機 、 鍋爐 以及其他動 力機械等 各種液 體燃 料燃燒 裝置 的燃燒 研究 中， 人 們采 用激光 全 息干 涉技 術來 測量 液體燃 料受熱 蒸發(fā) 時 形 成 的溫 度分 布 和 蒸汽 濃度 分 布 ， 從 而來深 入地研究 混合氣形 成機理 和有效 地改 善燃 燒過 程 ， 提高 經濟性和 動 力性 ． 在應 用激 光全 息 干涉技 術 測量 溫度場 和濃度 場時 ， 必須首 先 測 出液 體蒸 汽 在不 同工 作波 長

5、下的 G~d s t o n e — D a l e常 數(shù) ．本文 研究 出了一 種利 用激光全 息干涉技 術 來測量 液體蒸 汽 G h d s t o n e — D a l e 常 數(shù) 的方法．該方法 的方便 之處是可以在采 用激光全 息干涉技 術測 量某種液體燃料 受熱 蒸發(fā) 時的溫度場和 濃度 場 的過程 中 ， 借助 于 已有 的 實驗 裝 置 ， 順 便 先 測 量 出該 液體 蒸 汽在 測 量 所 用 波長 下的 G l

6、 a d s t o n eD a l e 常數(shù)． 接 著就 可以 用它來對 溫 度場和 濃度 場 測量 時拍 攝的 全 息 圖進行 反 演計 算 ， 從而確 定溫 度分布和 濃度分布． 由此可 見 ， 采 用這 種方 法來確 定 G l a d s t o n e — D a l e常數(shù) ， 對于 應 用激光 全息干 涉技術來測量液體 蒸發(fā) 時形 成的溫 度場和濃度場是很 方便 的 收 稿 日期 ： I 9 9 2 — 0 3 — 1

7、 0 ； 修 訂 日期 ： 1 9 9 3 — 0 9 — 0 8維普資訊 http://www.cqvip.com 大 連 理 工 大 學 學 報 船謄常數(shù) ． 而對 于第二次曝光 則有 [(，)一 1 ] ／ P (，)： K(，)( 5 )式 中 ： p ( x，) 為混 合氣 體密 度 ； K(，) 為點 (，) 處混合氣 與測 量時所 用波長相 對應 的 G l a d —s t o n e - D a ~常數(shù)． 將式 (

8、4 ) 和 ( 5 ) 代入式 ( 2 ) 得 E，)一 Ⅱ J _ ( - 一 p ( x ， y ) K( x ， Y ) 3 t ~( 6 )根據(jù)理 想氣體狀 態(tài)方程 p— M p t R T ( 7 )式 中 ： M 為氣體 分子 量． 對于 第一次曝光有 下面 表達式 一 M ． P l 礬( 8 )式 中 ： M． 為空氣分子 量． 而 對于第二次曝光 則有下面表 達式 p ( x，)= =M ( x， Y) W 尺 丁

9、(，)( 9 )式 中 ： M ，) 為點 ，) 處混 合氣 的分子 量 ， T( x ，) 為點 ，) 處混 合氣的 溫度 ． 將 式 ( 8 ) 和 ( 9 ) 代 入 式 ( 6 ) 得 t ( x，)一 p L ／ R ~ · [ MJ K． ／ 7一 M( x， y ) K( x， y ) I T( x ，) ]( 1 O )設 ： c為摩 爾濃度 ，為摩 爾相 對濃度 ， 下標 a 代 表空 氣 ， 下標 b代表

10、待測梭 體 ． 則 有下 列關系 式存在 ：。 + Xb一 1( 1 1 )M — M ． X。+ M ( 1 2 )K 一 ∑K ／ P一 丘 ml ( m + )+ Kb／ (+)= K 肘 ． G ／ ( M 。 G + M )+ Kb M b Cb I ( M ． c| + 肘 b C b )一 ( K． M X． + Kb M b Xb ) ／ ( M ．． + M h XO ( 1 3 )肘 K — K． M

11、 。 X．+ Kh M b— K M ．+ Xb ( K- M -一 K． 肘 ． )( 1 4 )M (，) K 0 ，)= K。 M 。 + Xb (，) ( K s M b 一 丘 M ． )( 1 5 )將式 ( 1 5 ) 代入 式 ( 1 O ) 得 e，)； p L ／ 砜 · [ M． J _ ( - ／ 了一 ( M． K + Xb，) ( Mb Kb — M K． ) ) ／ T( z ，) ](

12、1 6 )將式 ( 1 6 ) 變 形可得待 測液體蒸汽 G~ d s t o n e 一k常 數(shù) K 的表 達式 K b — l M ． K ． +!蘭 ![!=!= 三 !些 二! 墨h，)( 1 7 )分析 式 ( 1 7 ) 可 以看 出 ， 戶 、 厶 R、、 M． 、 ^為 已知量 ， 空 氣 的 G ~ d s t t me 一k 常數(shù) 丘 也可 以孺 先 查到． 根 據(jù)拍攝 的全 息圖 ， 當點 ( z ，) 的位

13、置確 定后 ， E， y ) 則為 已知值． 當點 (， y ) 在待 測 液體表 面取值 時 ， 則 T( x ，) 即為液體表 面溫度． 該值可通 過測 量液體 表面溫度得 到． Xb ( x ， y )這時 為液 體表面處 的蒸汽濃度 ， l 同 9 在溫度 T( x ，) 下液體 蒸汽的飽和濃度 ． 如確定 了 Xb ( x， y ) ，則式 ( 1 7 ) 中只有 K 一個未 知量 ， 即可從 式 ( 1 7 ) 中求解 出

14、所測{ 茛 體 的 G l a d 8 t m I e -k常數(shù) K 利用 F r o s t — K a ~ wa d — T h o d o s 法可 求出所測液體表 面的飽和 蒸汽壓力 ．1 n一 B( 1 ／一 1 )+ Ch a t + Z 7 ／ 6 4·( A， ／一 1 )( 1 8 )B 一 ( 1 n p , + 2 ． 6 7 1 n T~ + 2 7 ／ 6 4 · ( 1 ／ p o一 1