ارائه یک روش فرکانس پایین و دستگاه مربوطه به منظور اندازه‌گیری سرعت صوت در مایعات

نوع مقاله: مقاله علمی- ترویجی

نویسندگان

1 گروه ترموسینتیک، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 دانشکده مهندسی شیمی ، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

امواج صوتی از نوع امواج مکانیکی هستند که به کمک ارتعاش مولکول‌ها در سیالات جابه‌جا می‌شوند، از این‌رو سرعت صوت به پارامترهای عملیاتی از قبیل دما، فشار، دانسیته و ویسکوزیته سیال وابسته است. با توجه به وابستگی سرعت صوت به پارامترهای ترمودینامیکی مختلف سیالات و سهولت دستیابی به این پارامتر به خصوص در شرایط ترمودینامیکی بحرانی اندازه‌گیری این پارامتر از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مطالعه یک روش اندازه‌گیری سرعت صوت با فرکانس پایین ارائه شده است. اساس کار این روش بر مبنای روش اندازه‌گیری صوت به کمک پالس– اکو می‌باشد. در این پژوهش سیستم تولید پالس به کمک یک ژنراتور پالس کاملا بومی و قابل برنامه‌نویسی کار می‌کند. به‌علاوه به منظور اطمینان از انرژی کافی پالس به منظور عبور از فضای نمونه، پالس تولید شده توسط یک مدار تقویت کننده، تقویت می‌شود. از سوی دیگر به دلیل تضعیف پالس‌های دریافتی در سوی دیگر سلول نمونه، پالس دریافتی طی سه مرحله تقویت می‌شود. به منظور اطمینان از عملکرد مناسب دستگاه ساخته شده، سرعت صوت در مایعاتی شامل آب، نرمال هگزان، نرمال هپتان در محدوده دمایی15/303 تا 15/333 کلوین و در فشار اتمسفریک اندازه‌گیری و سپس مقادیر اندازه‌گیری شده با مقادیر ارائه شده در مراجع مقایسه شد. درصد خطای نسبی مشاهده شده در محدوده 1/1 - % و 74/2% قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Dzida, Marzena, and Magdalena Cempa., "Thermodynamic and acoustic properties of (heptane+ dodecane) mixtures under elevated pressures." The Journal of Chemical Thermodynamics, Vol.40, No.10, 2008, pp.1531-1541.

[2] E.W. Lemmon, M.O. McLinden and D.G. Friend, "Thermophysical Properties of Fluid Systems" in NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69, Eds. P.J. Linstrom and W.G. Mallard, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD, 20899, doi: 10.18434/T4D303, retrieved January 22, 2018.

[3] Ewing, M. B., et al., "Thermophysical properties of alkanes from speeds of sound determined using a spherical resonator I. Apparatus, acoustic model, and results for dimethylpropane." The Journal of Chemical Thermodynamics, Vol.19, No.7, 1987, pp.721-739.

[4] Fuchs, F. John., "Ultrasonic Cleaning: Fundamental Theory and Application."
NASA. Marshall Space Flight Center, Aerospace Environmental Technology Conference, 1995, pp. 369-378.

[5] García-Pérez, J. V., et al., "Ultrasonic Drying for Food Preservation" Power Ultrasonics, Oxford: Woodhead Publishing, 2015, pp.875-910.

[6] Gedanitz, Holger, et al., "An apparatus for the determination of speeds of sound in fluids." The Journal of Chemical Thermodynamics, Vol.42, No.4, 2010, pp.478-483.

[7] Gillespie, A. B., et al., "A new ultrasonic technique for the measurement of liquid level." Ultrasonics, Vol.20, No.1, 1982, pp.13-17.

[8] Albo, PA Giuliano, et al., "High pressure density and speed-of-sound measurements in n-undecane and evidence of the effects of near-field diffraction." The Journal of Chemical Thermodynamics, Vol.58, 2013, pp.95-100.

[9] Gowrisankar, M., P. Venkateswarlu, and S. Sivarambabu., "Volumetric, speed of sound data and viscosity at (303.15 and 308.15) K for the binary mixtures of N, N-dimethylaniline+ aliphatic ketones (C3–C5), + 4-methyl-2-pentanone, + acetophenone, + cyclicketones." Journal of Industrial and Engineering Chemistry, Vol.20, No.2, 2014, pp.405-418.

[10] Khasanshin, Talgat Salihovich, Vladimir Sergeevich Samuilov, and Alexandr Petrovich Shchemelev., "The sound velocity in liquid binary mixtures of n-alkanes." High Temperature, Vol.47, No.4, 2009, pp.527-532.

[11] Lago, Simona, and PA Giuliano Albo. "Thermodynamic properties of acetone calculated from accurate experimental speed of sound measurements at low temperatures and high pressures." The Journal of Chemical Thermodynamics, Vol.41, No.4, 2009, pp.506-512.

[12] Lucas, M., et al., "Design and characterisation of ultrasonic cutting tools." CIRP Annals-Manufacturing Technology, Vol.50, No.1, 2001, pp.149-152.

[13] Martin, Kevin, and David Spinks. "Measurement of the speed of sound in ethanol/water mixtures." Ultrasound in medicine & biology, Vol.27, No.2, 2001, pp.289-291.

[14] Mosteiro, Laura, Lidia M. Casás, and José L. Legido., "Surface tension, density, and speed of sound for the ternary mixture {diethyl carbonate+p-xylene+ decane}." The Journal of Chemical Thermodynamics, Vol.41, No.5, 2009, pp.695-704.

[15] Pandey, J. D., et al. "Speed of sound, viscosity and refractive index of multicomponent systems: theoretical predictions from the properties of pure components." Journal of molecular liquids, Vol.81, No.2, 1999, pp.123-133.

[16] Riazi, Mohammad R., and G. Ali Mansoori., "Use of the Velocity of Sound in Predicting the PVT Relations." Fluid phase equilibria, Vol.90, No.2, 1993, pp.251-264.

 [17] Van Itterbeek, A., G. J. Van den Berg, and W. Limburg., "Apparatus to measure the velocity of sound down to liquid helium temperatures with the optical method." Physica, Vol.20, No.1-6, 1954, pp.307-310.

[18] Ye, Suyu, et al., "Speed of sound in binary mixtures as a function of temperature and pressure." Fluid phase equilibria, Vol.74, 1992, pp.177-202.