СВЯЗЬ МЕЖДУ ОПТИЧЕСКИМИ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ЖИДКОСТЕЙ Джафарова А.Н.

Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности


Номер: 1-3
Год: 2017
Страницы: 12-14
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

коэффициент теплопроводности, показатель преломления, жидкость, лазерные лучи, coefficient of thermal conductivity, index of refraction, liquid, laser beams

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

При взаимодействии лазерных лучей с жидкостью на основе решения уравнения сохранения энергии установлена связь между теплофизическими и оптическими свойствами жидкостей. Полученные формулы позволяют вычислить значения теплофизических параметров, зная оптические параметры.

Текст научной статьи

Исследованию теплофизических свойств жидкостей посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ обзор которых приведен в [1, 384]. Существующие методы исследования теплофизических свойств жидкостей в основном стационарные, реализация которых требует много времени. Погрешность при этом изменяется в зависимости от метода исследования от 0,5 % до 15%. Оптические же методы исследования не искажают температурное поле, протекают быстро и практически не имеют инерционных погрешностей. Таким образом, оптические методы обеспечивают более высокую чувствительность и точность, чем калориметрические измерения или измерения поля температур термопарами. Отмеченные свидетельствуют о том, что для более точного и быстрого измерения теплофизических параметров жидкостей желательно установить связь между оптическими и теплофизическими свойствами жидкостей, что позволяет вычислить значения теплофизических параметров, зная оптических параметров. Для реализации отмеченных выше, рассмотрим взаимодействие жидкости с лазерными лучами. Изменение интенсивности при прохождении света в жидкости с учетом линейного поглощения подчиняется закону Бугера, т.е. , где -интенсивность падающего излучения, - коэффициент линейного поглощения. Тогда в стационарном температурном поле закон сохранения энергии выражается уравнением: (1) Из решения этого уравнения при условиях имеем следующую связь между теплоемкостью и коэффициентом поглощения: , (2) При нелинейном взаимодействии лазерных лучей с жидкостью (при двухфотонном поглощении) закон сохранения энергии выражается уравнением: (3) где - коэффициент нелинейного поглощения. Из решения этого уравнения при условиях имеем следующую формулу для связи между оптическими и теплофизическими параметрами жидкостей: (4) На основании формул (2) и (4) зная коэффициент поглощения лазерных лучей в жидкости можно найти теплофизические свойства и наоборот. Учитывая, что среднеобменная скорость связана с коэффициентом вязкости по формуле Пуазейля, то значение параметра имеет вид: . (5) Для равновесной жидкости коэффициент теплопроводности в стационарном температурном поле при однофотонном поглощении лазерных лучей имеет вид: (6) Формула (6) устанавливает связь между коэффициентами теплопроводности и поглощения лазерных лучей в жидкости. Вторым важным оптическим параметром жидкости является показатель преломления. Связь между теплофизическими параметрами жидкости и показателем преломления устанавливается на основе решения уравнения сохранения энергии при взаимодействии электромагнитных волн с жидкостью с учетом Керровской нелинейности, которая имеет вид: , (7) В рассматриваемом случае уравнение сохранения энергии имеет вид: (8) Искомая связь выражается формулой: (9) При достаточно больших значениях интенсивности лазерного излучения может происходить двухфотонное или даже многофотонное нелинейное поглощение. Наличие различных фракций, солей, частичек песка, парафина и других твердых частиц в нефти являются причиной нелинейного поглощения лазерного излучения. При двухфотонном поглощении изменение интенсивности излучения выражается [2, 168]: , (9) Из сравнения и (9) за счет нелинейного поглощения при равных условиях для изменения относительной интенсивности имеем: (10) При лазерном излучении неоднородной жидкости, например неочищенной нефти, выделяемое тепло при двухфотонном поглощении идет на нагревание жидкости, тогда закон сохранения энергии можно написать в виде: (11) Из решения уравнения (11) при условиях имеем: (12) Уравнение (12) только при линейном поглощении лазерных лучей жидкостями примет вид: (13) Только при двухфотонном поглощении лазерных лучей уравнение (12) представиться в виде: (14) Уравнения (13) и (14) при постоянном давлении устанавливают связь между линейным, нелинейным коэффициентами и объемной теплоемкостью. Учитывая уравнение Пуазейля для среднеобъемной скорости жидкостей, т.е. , то уравнение (12) можно написать в виде: (15) Уравнение (15) можно представить в следующем виде: (16) Для коэффициента нелинейного поглощения лазерных лучей в неоднородной жидкости имеем: (17) Уравнение (16) устанавливает связь между теплофизическими и оптическими свойствами жидкостей при двухфотонном поглощении.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.