Разработка и исследование эталонного комплекса на основе метода фазового равновесия для воспроизведения и передачи размера единицы влагосодержания в чистых газах

• Автор: Мамонтов, Георгий Малхазович
• Шифр специальности: 05.11.15, 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 135 с.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ПРИНЯТЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.

1.1 Понятие влажность газов и характеристики влажности газов

1.2 Существующие методы и передовые средства измерений влажности газов

1.3 Существующие методы получения газа с заданной влажностью.

1.3.1 Гравиметрический метод.

1.3.2 Метод двух давлений

1.3.3 Метод двух температур

1.3.4 Метод смешения потоков.

1.3.5 Метод насыщенных растворов солей.
1.4 Система метрологического обеспечения в области гигрометрии
1.5 Табличная зависимость парциального давления насыщенного
пара от температуры
1.6 Обоснование выбранного направления работы
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ
2.1 Теоретический анализ процессов тепло и массообмена в парогазовом потоке.
2.1.1 Диаграмма процесса.
2.1.2 Режим вымораживания
2.1.3 Режим насыщения
2.1.4 Концен трация пара.
2.1.5 Подобие процессов тепло массообмена.
2.1.6 Определение зависимости концентрации пара от температуры
2.2 Теоретический анализ эффекта пересыщения парогазовой
2.2.1 Степень пересыщения смеси.
2.2.2 Критическое пересыщение.
2.2.3 Определение степени пересыщения смеси.
2.2.4 Снижение степени пересыщения
2.3 Исследование влияния качества охлаждающей поверхности на условия достижения фазового равновесия.
2.3.1 Шероховатость инея
2.3.2 Плотность и теплопроводность инея.
2.3.3. Определение толщины осажднного слоя инея
2.3.4 Развитие охлаждающей поверхности
2.4 Выводы.
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОВЛАЖНОСТНЫХ РЕЖИМОВ ГЕНЕРАТОРА ВЛАЖНОСТИ.
3.1 Принципиальная схема контура насыщения генератора влажности
3.2 Математическая модель основного сатуратора.
3.3 Математическая модель предварительного сатуратора
3.4 Моделирование температурновлажностных режимов предварительного и основного сатураторов.
3.5 Выводы.
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ГИГРОМЕТРИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
4.1 Система подготовки газовой пробы.
4.2 Структурная схема генератора влажности.
4.3 Тепломассообменное устройство
4.4 Термостатируемая рабочая камера
4.5. Выводы
ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТИ ГИГРОМЕТРИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
5.1 Определение составляющей погрешности вследствие
неполного насыщения парогазовой смеси.
5.2 Определение составляющей погрешности вследствие эффекта объмной кристаллизации
5.3 Определение составляющей погрешности вследствие наличия уноса конденсированного слоя с поверхности конденсации сатуратора.
5.4 Определение составляющей погрешности вследствие нестабильности поддержания температуры в термостатируемой камере генератора
5.5 Определение составляющих погрешности вследствие нестабильности входных параметров гигрометрического комплекса
5.6 Расчт суммарной абсолютной погрешности воспроизведения температуры точки росы
5.7 Выводы
6. ПОДТВЕРЖДЕНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК В МЕЖДУНАРОДНЫХ КЛЮЧЕВЫХ СЛИЧЕНИЯХ
6.1 Метрологические характеристики эталонов влажности, эталона сравнения и схема сличений
6.2 Результаты сличений
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Уточнены математические модели физических процессов тепломассообмена в условиях конденсации субмикроконцентраций влаги, процесса объмной кристаллизации водяного пара в парогазовом потоке, процесса формирования конденсированного слоя и процесса разрушения и уноса конденсированного слоя, лежащих в основе метода фазового равновесия. Разработаны методики расчта составляющих погрешности эталонного ги гром етри чсс ко го ком гтлекса. Создан эталонный гигрометрический комплекс для воспроизведения и передачи размера единицы влагосодержания газовых средах, имеющий следующие метрологические характеристики диапазон воспроизведения температуры точки росы влаги от 0 до С точки росы, абсолютная погрешность во всм диапазоне от 0, С до 0, С точки росы. Проведены международные ключевые сличения разработанного эталонного гигрометрического комплекса с эталонами влажности ряда европейских стран в рамках проекта Е1ЖОМЕТ 1. Полученные метрологические характеристики подтверждены результатами сличений в соответствующем диапазоне температур точки росы. Разработанный эталонный комплекс для воспроизведения и передачи единицы влагосодержания в диапазоне субмикроконцентраций влаги в газовых средах внедрн в ФГУП ВНИИМ им. Д.И. Менделеева в комплекс аппаратуры, входящей в состав Государственного Первичного Эталона молярной доли и массовой концентрации компонентов в газовых средах ПЭТ 4. Уточннные математические модели физических процессов, лежащих в основе метода фазового равновесия, используемого для воспроизведения и передачи размера единицы влагосодержания в диапазоне субмикроконцентраций влаги в газовых средах. Разработанный алгоритм адаптивного управления основными термодинамическими параметрами фазового равновесия системы водяной пар поверхность конденсации. Разработанный эталонный комплекс и результаты его исследований. Методики теоретических и экспериментальных исследований метрологических характеристик разработанного эталонного комплекса. Результаты международных ключевых сличений разработанного эталонного комплекса с эталонами влажности ряда европейских стран. Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены на 1 Международной конференции Международные и национальные аспекты экологического мониторинга. СанктПетербург, XIV I i 3 Ii i ii i i i i i i . Основное содержание диссертации опубликовано в 1 статье и 5 докладах на международных и региональных конференциях. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов и изложена на 9 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц, рисунков, список использованной литературы из 6 наименований. ГЛАВА 1. Водяной пар, являющийся одним из составляющих компонентов атмосферного воздуха, оказывает существенное влияние на происходящие в природе физические, химические и биологические процессы. Содержание воды в атмосфере варьируется в крайне широких пределах, представляя собой важный параметр, учитываемый во многих областях науки и техники и отраслях промышленности. Проблема измерения влажности в газах имеет место в метеорологии и, в частности, при изучении как приземного слоя так и верхних слоев атмосферы Земли, исследовании космического пространства, атмосфер планет и поиска внеземных цивилизаций. Влажность приземного слоя атмосферы оказывает непосредственное влияние на жизнедеятельность человека и на условия функционирования техники. Кроме того, задача измерения влажности является актуальной в таких областях как экология и здравоохранение, газовая и нефтеперерабатывающая промышленность, производство полупроводниковых приборов, пищевая промышленность. Влажность газов обобщнная качественная характеристика газов, содержащих водяной пар, которая, в отличие от многих других физических параметров, в количественном выражении может характеризоваться различными физическими величинами. Данные физические величины, среди которых наиболее широко распространнными являются абсолютная влажность, молярная объмная доля влаги, объмное влагосодержание, температура точки росы, относительная влажность, классифицированы во многих работах 1,,,,, и сведены в ГОСТ 8. ГСП. Влагометрия и гигрометрия. Термины и определения. Кроме того, необходимо отметить отличие в терминах влагометрия и гигрометрия.