基于液芯柱透镜对液体吸水性的研究

Liquid dehumidification system has the advantages of large air handling capacity, non-pollution and being easy to control humidity and so on. It has been widely used in various dehumidifying environments. Liquid moisture absorption process is a complex gas-liquid mass transfer process. Traditional methods by weighing the liquid mass before and after water absorption with absorbent to get the water absorption amount and rate are unable to directly achieve the micro-transport data of water molecules in the moisture absorption liquid. In order to solve the problem of the traditional methods, this project intends to use liquid-core cylindrical lens(LCL) for spatial resolution measurement of liquid concentration(refractive index) to study the moisture absorption process. In order to accurately get the spatial distribution of water molecules in the hygroscopic liquid, it is planned to establish an LCL design system to design and process “high refractive index resolution capacity-aplanatism” liquid-core cylindrical lens applicable to water absorption study. Based on the newly designed LCL, moisture absorption tests are carried out for different liquids under different temperatures and humidity conditions; the relations between macroscopic moisture absorption parameters like water absorption amount, water absorption rate and the difficulty to achieve balance and microcosmic diffusion parameters of water molecules in the moisture absorption liquid are established. By analyzing the relations between macroscopic moisture absorption parameters and microcosmic diffusion parameters, the absorption mechanisms of different hygroscopic liquids are studied and corresponding physics-mathematical models are built, laying a solid foundation for the liquid absorption study of greenhouse gases.

液体除湿系统具有空气处理量大、无污染、湿度易控制等优点，已被广泛地应用到各种除湿环境中。液体吸湿过程是一个复杂的气—液传质过程，通过称量吸湿剂吸水前后液体质量的变化，获得吸水量、吸水速率的传统方法，不能直接获得水气分子在吸湿液体中的微观输运信息。为解决传统方法存在的问题，本项目拟利用液芯柱透镜对液体浓度(折射率)特有的空间分辨测量能力研究吸湿过程。为准确获得水气分子在吸湿液体中的空间分布信息，拟建立一套液芯柱透镜设计系统，设计加工适用于吸水性研究的“高折射率分辨能力—消球差”液芯柱透镜。基于新设计的液芯柱透镜，开展不同液体在不同温度、湿度条件下的吸湿实验，建立吸水量、吸湿速率和达到平衡的难度等宏观吸湿参数与水气分子在吸湿液体中微观扩散参数之间的联系。通过分析宏观吸湿参数与微观扩散参数之间的关系，研究不同吸湿液体的吸收机理，建立相应的物理—数学模型，为温室气体的液体吸收研究奠定基础。

湿度和温度一样，对人体健康和舒适感有重要影响，液体除湿过程是一个复杂的传热与传质过程，但液体除湿技术可以应用在很多场合，因此对液体吸水性开展系统深入的研究是十分必要的。扩散是一个粒子(分子、原子、离子)由系统中的一个区域传递到另一个区域的过程。用扩散描述吸水过程，可以从微观形式描述吸水过程，可以直接获得水气分子在吸湿液体中的微观输运信息，获得吸湿液体溶液的浓度梯度，吸水量、吸水速率和吸水机制。本项目开展了不同液体在不同温度、湿度条件下的吸湿实验，建立了吸水量、吸湿速率和达到平衡的难度等宏观吸湿参数与水气分子在吸湿液体中微观扩散参数之间的联系。通过分析宏观吸湿参数与微观扩散参数之间的关系，研究不同吸湿液体的吸收机理，建立相应的物理—数学模型，为后续应用拓展的研究奠定了基础。研制了一款可用于测量液体折射率、液相扩散系数和研究型创新实验的综合型测量、教学仪器。该仪器采用自主设计加工的液芯柱透镜作为实验池和主要成像元件，根据液芯柱透镜特有的折射率空间分辨测量能力，结合Fick定律即可测量得到液相扩散系数。用Boltzmann-Matano法和有限差分计算法只需一幅图像即可快速得到随浓度变化的液相扩散系数。该仪器具有自主知识产权，可用于测量液体折射率、液相扩散系数、环境检测、药物溶解吸收、石油分馏等各类检测中，可以广泛应用在现代医药、化工、生物、食品安全、污染防治、环境保护等行业以及高校、科研单位等机构或领域。用该仪器进行液相扩散系数的测量与传统方法（仪器）相比具有：抗环境干扰能力强、测量结果稳定可靠、测量方法多样、测量时间短、实验过程可视化等优势。