[發明專利]雙流氣準靜態法測量氣體擴散系數的方法

無效

• 申請號: 201210075115.8
• 申請日: 2012-03-20
• 公開（公告）號: CN102621039A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 譚延亮;劉輝;袁紅志
• 申請（專利權）人: 衡陽師范學院
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 衡陽市科航專利事務所 43101
• 代理人: 鄒小強

1.一種采用雙流氣準靜態法測量氣體擴散系數的方法，其特征是：它包括非放射性氣體擴散系數的測量和放射性氣體擴散系數的測量，測量時采用擴散管用于氣體擴散，擴散管的長度為L，擴散管的兩端氣壓相等，在擴散管的兩端分別形成閉環式或開環式第一氣流回路A和閉環式或開環式第二氣流回路B；

所述的第一氣流回路A包括第一氣流管，第一氣流管安裝在擴散管的一端，在第一氣流管的兩端通過管道依次串接有第一氣泵、氣體罐或放射性氣源及第一氣體濃度測量裝置，組成閉環式第一氣流回路A，保證該回路中的氣體濃度恒定；所述的開環式第一氣流回路A是將第一氣流回路A中的第一氣泵與放射性氣源斷開，組成開環式第一氣流回路A，同樣能夠保證該回路中的氣體濃度恒定；

所述的第二氣流回路B包括第二氣流管，第二氣流管安裝在擴散管的另一端，第二氣流管兩端的進出氣口與擴散管的端口部位形成氣體混合腔，氣體混合腔的體積為V，在第二氣流管的兩端通過管道依次串接有第二氣泵和第二氣體濃度測量裝置，組成閉環式第二氣流回路，用于測量擴散后的氣體濃度；所述的開環式第二氣流回路B是將第二氣流回路B中的第二氣體濃度測量裝置與第二氣流管的另一端斷開，組成開環式第二氣流回路B，同樣能夠測量擴散后的氣體濃度。

2.根據權利要求1所述的一種采用雙流氣準靜態法測量氣體擴散系數的方法，其特征是：所述的氣體混合腔還可以設有一個攪拌裝置，通過攪拌裝置的攪拌，使氣體混合腔內的氣體混合的更均勻。

3.根據權利要求1或2所述的一種采用雙流氣準靜態法測量氣體擴散系數的方法，其特征是：非放射性氣體擴散系數的具體測量方法如下：

在擴散管一端的閉環式第一氣流回路A中采用一個大體積的氣體罐，氣體罐內的氣體通過第一氣泵和管道與第一氣流管的兩端相連；在第一氣泵的作用下，氣體在閉環式第一氣流回路A中循環，由于氣體罐體積足夠大，在擴散過程中，閉環式第一氣流回路A中的氣體濃度認為不變，看做濃度恒定的擴散源；在擴散管另一端的開環式第二氣流回路B中，通過第二氣泵和第二氣體濃度測量裝置測量擴散過來的氣體的濃度；

由于在擴散管的閉環式第一氣流回路A中建立了恒定的氣體濃度C₁，閉環式第一氣流回路A中的氣體通過長度為L擴散管進入開環式第二氣流回路B中，開環式第二氣流回路B中測量點的氣體濃度為C₂，第一氣泵和第二氣泵的流率較低，使得閉環式第一氣流回路A和開環式第二氣流回路B中氣體的流態為層流，認為是準靜態；

在擴散管內根據擴散方程有：

dCdt=kd2Cdx2---(1)]]>

式中：C為擴散管內的氣體濃度，x為擴散管內的位置，k為擴散系數；

當擴散作用穩定后有根據斐克定律有：

J=-kdCdx---(2)]]>

式中J為擴散管單位時間通過其截面積S擴散到開環式第二氣流回路B的擴散通量；

令當x＝L時，擴散管內氣體濃度為C¹；

對于開環式第二氣流回路B中與擴散管相連的氣體混合腔內有擴散過來的氣體，同時在流動空氣作用下被稀釋，氣體混合腔的體積為V，氣體混合腔的平均濃度C₀有：

dC0dt=(JS-C2q)/V---(3)]]>

q為開環式第二氣流回路B的空氣流率；

當擴散穩定時，dC2dt=0,]]>dC0dt=0,]]>式(3)變化為：

JS＝C₂q??????????????(4)

由式(2)得：

J=kC1-C1L---(5)]]>

由于開環式第二氣流回路B中管道直徑非常小，則認為在氣體混合腔內的氣體濃度平均濃度C₀近似為C¹，且近似等于C₂；

結合式(4)、(5)得到：

k=JLC1-C1=C2qL(C1-C1)S≈C2qL(C1-C2)S---(6)]]>

式(6)的誤差主要來源：當x＝L時，擴散管內氣體濃度C¹與氣體混合腔內氣體濃度平均濃度C₀的誤差，及C₀與開環式第二氣流回路B中測量點氣體濃度C₂的誤差；測量中調節開環式第二氣流回路B的流率，使得C₂＜＜C₁，就能夠減少由于開環式第二氣流回路B的氣體混合腔內的氣體濃度不確定所帶來的誤差。