Введение к работе
Актуальность темы
Коаксиальные капилляры - КК ( капилляры с кольцевым сечением) используются в различных проточных системах, как в аналитических (проточно-инжекционный анализ) - в качестве чувствительных элементов, так и в разделительных (проточное фракционирование, хроматография и др.) - в качестве элементов разделения. Как правило, в таких элементах, несмотря на их различные физические принципы действия, осуществляется поглощение вещества на внутренней стенке КК.
Вследствие тенденции к миниатюризации, вызванной необходимостью микроанализа, важную роль при формировании диффузионного потока на внутреннюю стенку при конвективном массопереносе в КК начинают играть гидродинамический начальный (входной) участок и пристеночный диффузионный слой.
Большинство извес, методик оце!іііі<ания величины диффу-
зионного потока (наприм , [I]) не учитывав* сказанных факторов, чем объясняется плохая сходимость расчетных оценок к экспериментальны?.! данным при малых габаритах КК.
Таким образом, существует потребность в разработке адекватной методики оценивания величины диффузионного потока в КК малых размеров, учитывающей существенное влияние входного участка и пристеночного диффузионного слоя. Указанная методика позволит оценить отклик различных проточных систем, использующих чувствительные элементы коаксиальной конструкции. Кроме того, на основе созданной методики оценивания отклика, можно будет успешно решить актуальную задачу аналитического приборостроения - осуществить оптимизацию конструкции чувствительного элемента ( и проточной системы в целом) по заданному режиму работы, либо решить обратную задачу.
Цель работы:
Создание методики оценивания величины диффузионного потока на внутреннюю стенку при конвективном массопереносе в жидкости в тонком коаксиальном капилляре конечной длины.
Указанная цель достигается решением следующих задач:
-
Разработка методики оценивания влияния геометрии коаксиального капилляра на величину диффузионного потока.
-
Исследование влияния входного участка и пристеночного диффузионного слоя на величину диффузионного потока при полном поглощении вещества на внутренней стенке коаксиального капилляра.
-
Подтверждение адекватности разработанной методики сравнением с экспериментальными данными.
Научная новизна.
-
Впервые разработана методика оценивания диффузионного потока в условиях соизмеримости: длин входного участка и коаксиального капилляра, а также толщин диффузионного слоя с радиусами коаксиального капилляра.
-
Создан метод оценивания параметра положения сш нала тина "линейный тренд", при наличии несимметричной помехи превосходящий метод наименьших квадратов как по точности, так и по затратам вычислительных ресурсов.
3. Сформулирован комплексный критерий линейности зависимости
Y=F(X), учитывающий одновременно степень доверия к исходным данным
и вероятность принятия гипотезы о линейности связи X и Y.
Практическая ценность работы. 1. Разработанная методика оценивания диффузионного потока при учете влияния входного участка и пристеночного диффузионного слоя, позволяет наилучшим образом согласовывать конструкцию и режим работы коаксиальных проточных аналитических систем, а также осуществлять оптимизацию по различным критериям (например, по максимальной
чувствительности, максимальному быстродействию, минимальным потерям анализируемого вещества и т.п.).
-
Сформулированный в работе "метод сравнения" позволяет оценивать длину входного участка при геометрических трансформациях канала транспортировки анализируемого вещества, вызванных встраиванием в проток чувствительных элементов различной конструкции.
-
Предложенный "метод первых разностей" позволяет оценивать параметры положения сигнала типа "линейный тренд" в условиях несимметричной помехи. Указанный способ оценивания превосходит метод наименьших квадратов как по точности, так и по затратам вычислительных ресурсов.
Положения, выносимые на защиту.
-
Способ оценивания параметра диффузионного размытия - а, характеризующего уменьшение диффузионного потока на внутреннюю стенку коаксиального капилляра вследствие распределения вещества по направлениям.
-
Метод оценивания длины входного участка для любой трансформации геометрии канала транспортировки вещества.
-
Гипотеза постоянства скоростного профиля в пограничном слое для любого сечения входного участка, позволяющая оцениванить распределение конвективной скорости и концентрации в коаксиальном капилляре.
-
Упрощенные модели "усреднения" и "переменной трубы" для учета влияния диффузионного слоя на величину диффузионного потока на внутреннюю стенку коаксиального капилляра.
-
Методика оценивания диффузионного потока при существенном влиянии входного участка и пристеночного диффузионного слоя в целом.
-
Методика обработки результатов эксперимента, включающая в себя:
- метод для оценивания параметра положения сигналов типа "линейный
тренд" в условиях несимметричных помех;
- алгоритм приближенной оценки закона распределения случайной
величины по разностному сигналу;
- комплексный критерий линейности зависимости Y=F(X).
Апробация результатов работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 6-ой Международной Конференции и Выставке по инструментальному анализу (ВСЕ1А, октябрь 1995 г., Пекин), а также на научных семинарах Института Аналитического приборостроения РАН. Отдельные результаты нашли отражение в отчетах по НИР, проводимых в лаборатории Информационно-измерительных био- и хемосенсорных микросистем ИАнП РАН, в том числе, совместно с Санкт-Петербургской Государственной академией аэрокосмического приборостроения.
Публикации.
Основное содержание диссертации опубликовано в 7 работах. Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 144 страницы машинописного текста, 30 таблиц и 10 рисунков. Список литературы включает 122 наименования. Общий объем диссертации - 183 страницы.