变色硅胶干燥剂吸湿性能研究_杨保义

根据实验数据,作出变色硅胶吸湿量和吸湿时间的图形,通过分析二者关系的特点,建立吸湿量Q 和吸湿时间 t 的函数关系;并依据函数关系对实验数据进行拟合,进而得到函数的各个参数,从而求得函数的具体表达式,为得到任意时刻变色硅胶的吸湿量提供了依据。通过函数关系可计算各个时刻变色硅胶的吸湿量,为环境湿度的控制提供参考依据。

第7卷第2期变色硅胶干燥剂吸湿性能研究

杨保义，张杰

（暨南大学物理系，广州510632）

摘要：根据实验数据，作出变色硅胶吸湿量和吸湿时间的图形，通过分析二者关系的特点，建立吸湿量Q和吸湿时间t的函数关系；并依据函数关系对实验数据进行拟合，进而得到函数的各个参数，从而求得函数的具体表达式，为得到任意时刻变色硅胶的吸湿量提供了依据。通过函数关系可计算各个时刻变色硅胶的吸湿量，为环境湿度的控制提供参考依据。

关键词：变色硅胶；吸湿；环境湿度中图分类号：TJ089；TQ047.3

文献标识码：A

文章编号：1672－9242（2010）02－0032-04

StudyonMoistureAbsorptionCharacteristicofAllochroicSilicaGel

YANGBao-yi，ZHANGJie

（JinanUniversity，Guangzhou510632，China）

Abstract：Graphsoftherelationsbetweenmoistureabsorptionofallochroicsilicagelandtimewereplottedbasedon

experimentdata.Afunctionbetweenmoistureabsorptionandtimewasestablishedthroughanalysisofthecharacteristicsoftherelations.Thefunction’sparameterscanbeobtainedbyfitting.It’safacilitationtoknowthemoistureabsorptionatanytimeandtosaveexperimenttime.Thepurposewastoprovidereferenceforhumiditycontrolofenvironment.

Keywords：allochroicsilicagel；moistureabsorption；humidity

利用吸湿剂吸湿的方法在防止霉菌生长、弹药受潮等领域有着广泛的应用[1]。为了掌握和利用吸湿规律，人们进行了很多研究[2—6]，但目前的研究一般都是实验研究，尚无理论模型。笔者从理论和实验两方面对变色硅胶的吸湿规律进行研究，建立吸湿的数学模型，进行吸湿实验，并利用吸湿模型对实验结果进行分析。

与应用，故选择变色硅胶作为研究对象。

1.1变色硅胶的吸湿性能

变色硅胶的吸湿量Q定义为[7—8]：

（1）

式中：m0为样品（变色硅胶）干燥时的质量，g；m1

为吸湿后样品的质量，g。若样品在一定湿度条件下达到吸湿平衡，则此时的吸湿量为样品的平衡吸湿量，以Qh表示。参照文献[9]，结合实验测量，文中实验硅胶的平衡吸湿量Qh与周围空气的相对湿度RH

1变色硅胶吸湿模型

变色硅胶由于其优异的性能，常用于吸湿研究

收稿日期：2009-08-30

作者简介：杨保义（1984—），男，安徽淮北人，硕士研究生，主要从事计算物理等方面的研究。

根据实验数据,作出变色硅胶吸湿量和吸湿时间的图形,通过分析二者关系的特点,建立吸湿量Q 和吸湿时间 t 的函数关系;并依据函数关系对实验数据进行拟合,进而得到函数的各个参数,从而求得函数的具体表达式,为得到任意时刻变色硅胶的吸湿量提供了依据。通过函数关系可计算各个时刻变色硅胶的吸湿量,为环境湿度的控制提供参考依据。

杨保义等：变色硅胶干燥剂吸湿性能研究

的关系可表示为：

{

0.3784RH RH≤60%

（2）

-0.3300RH2+0.6446RH-0.0408

60%≤RH≤100%

1.2一般情况下变色硅胶的吸湿模型

一般说来，在一定的温度和湿度下，变色硅胶在开始时吸湿量增加得比较快，随着吸湿过程的进行，吸湿量趋于稳定，达到平衡[2]。基于此，笔者提出一般情况下的吸湿模型：

图1文献[2]，[6]的实验结果和拟合曲线（数据点取自文献中

的曲线）

Fig.1Experimentresultsandfittingcurve（Datapointsfrom

literaturecurve）

表1利用恒湿模型对文献[2]，[6]数据的拟合情况Table1Fittingofdatafromliterature[2]，[6]usingconstant

humiditymodel

温度/℃相对湿度/%

3045

25[2]

657592

25[6]

95

Qh/%14.52±0.2920.02±1.3227.17±0.6433.89±0.8933.59±0.5938.47±0.56

T/h23.10±0.7925.76±3.255.91±0.5310.96±0.665.50±0.3216.61±0.93

相关系数R2

0.99980.99600.99610.99900.99640.9982

（3）

式中：为吸湿量的变化速率；Qh是 是参数；

平衡吸湿量。

根据式（3），在硅胶达到吸湿平衡后，若空气的 湿度降低，则Qh降低，变为负值，硅胶将会向周

围空气放湿。有学者在实验中也观察到这种现象[2]。

1.3恒湿情况下变色硅胶的吸湿模型

在空气湿度恒定的情况下，变色硅胶的平衡吸湿量Qh为常量，则根据式（3）解得：

Q（t）=Q（h1-e）

-t/T

（4）

式中：T为时间参数，T=1/ 。式（4）称为恒湿模型。

2文献数据的分析

首先利用建立的吸湿模型对已有文献的实验数据进行分析。文献[2]，[6]为恒温恒湿条件下所做的实验，利用恒湿模型式（4）对文献[2]，[6]中的数据进行拟合，拟合中，Qh和T可调，拟合结果见图1和表1。

由图1可见，拟合曲线与实验数据吻合得比较好，说明在环境湿度保持不变的情况下，恒湿模型可以很好地描述吸湿量和吸湿时间的关系（相关系数在0.996以上）。

由表1可见，拟合参数Qh基本随着空气湿度的增大而增大，与式（2）一致。然而，拟合参数T的变化无规律可循，认为可能与硅胶的粒径大小及硅胶叠加的厚度有关，但文献[2]中没有具体的描述，因此笔者通过实验进行进一步研究。

3对吸湿模型的进一步实验研究

3.1实验设计与实验结果

用量程为300mL的4个烧杯，分别均匀平铺平均粒径为3mm的变色硅胶1层、2层、3层、4层，依次编号为300-1，300-2，300-3，300-4。将4个烧杯暴露在空气中，定期称量和测试空气的温度和湿度，并根据式（1）计算出吸湿量。实验结果如图2和图3所示。

从图2中的实验点可以看出，变色硅胶的吸湿量有时会随着吸湿时间的增加而减小。其原因是：当环境某时刻的湿度低于前一时刻的湿度时，变色硅胶可能会将贮存的水分释放到空气中，即变色硅胶在吸湿时伴随着放湿。从图3中的实验点可以看出，

环境的湿度随时间的推移有一定幅度的波动。

根据实验数据,作出变色硅胶吸湿量和吸湿时间的图形,通过分析二者关系的特点,建立吸湿量Q 和吸湿时间 t 的函数关系;并依据函数关系对实验数据进行拟合,进而得到函数的各个参数,从而求得函数的具体表达式,为得到任意时刻变色硅胶的吸湿量提供了依据。通过函数关系可计算各个时刻变色硅胶的吸湿量,为环境湿度的控制提供参考依据。

装备环境工程2010年04月

图3空气相对湿度随时间变化情况Fig.3Relativehumidityofairchangeswith

time

3.2利用恒湿模型对实验数据的分析

利用恒湿模型对实验数据进行分析，拟合曲线如图2所示，拟合结果见表2。拟合中，各组的Qh分

图2实验结果与分析

Fig.2Experimentalresultsandanalysis

别可调。

由图2可见，恒湿模型基本上可以描述实验结

表2恒湿模型下的拟合结果

Table2Fittingparametersandresultsinconstanthumiditymodel

实验编号300-1300-2300-3300-4

硅胶量m/g11.432020.043829.950640.4666

171.95烧杯口积S/cm2

硅胶离烧杯口的距离L/cm

9.08.78.48.1

Qh/%23.95±0.2124.87±0.3425.37±0.4425.80±0.66

T/h16.99±0.8936.39±2.1250.87±3.0579.45±4.94

标准偏差σ0.9781.1341.1580.980

果的变化趋势。从表2可以看出，变色硅胶的平衡吸湿量Qh平均为24.99%，与实验环境的平均湿度（约67%）所对应的平衡吸湿量相近。各组拟合出的平衡吸湿量Qh有差别，这是因为在拟合的过程中，对各组拟合时调节了各自的参数Qh和T所致。各组拟合合在一起的总体标准偏差见表3。

表3恒湿模型拟合的总体标准偏差

Table3

Overallstandarddeviationoffittingwithconstanthumiditymodel

Qh各组分别可调

总体标准偏差

1.039

Qh各组统一调节

1.139

得出的总体标准偏差比各组Qh分别可调得出的总体标准偏差略大。

表4恒湿模型下Qh取24.75%的拟合结果

Table4

Fittingparametersandresultsinconstanthumiditymodel

实验编号300-1300-2300-3300-4

T/h18.63±0.9837.64±1.4147.71±1.8766.05±2.23

标准偏差σ1.1821.0891.204

1.193

考虑到实验在同一环境下进行，各实验的平衡吸湿量Qh应该相同；因此，在各组的Qh取同一个值（24.75%）的前提下，统一调节各组的Qh，分别调节各组的T，以使总体标准偏差最小。拟合曲线如图2所示，拟合结果见表3和表4。从表3可看出，统一Qh

3.3利用一般吸湿模型对实验结果的分析

由于实验的环境湿度随时间变化，平衡吸湿量也随时间变化，恒湿模型的前提不能满足。欲更好地描述实验现象，可采用一般吸湿模型，即式（3）。但此种情况下，由于Qh与环境湿度有关且随时间变

根据实验数据,作出变色硅胶吸湿量和吸湿时间的图形,通过分析二者关系的特点,建立吸湿量Q 和吸湿时间 t 的函数关系;并依据函数关系对实验数据进行拟合,进而得到函数的各个参数,从而求得函数的具体表达式,为得到任意时刻变色硅胶的吸湿量提供了依据。通过函数关系可计算各个时刻变色硅胶的吸湿量,为环境湿度的控制提供参考依据。

杨保义等：变色硅胶干燥剂吸湿性能研究

化，式（3）无法解析求解；因此，采用差分法进行数值求解。差分格式如下：

Q（t+Δt）=Q（t）·（1-β·Δt）+β·Δt·Qh

（5）

文中分析了变色硅胶的吸湿特性，提出了变色硅胶的吸湿模型。当环境的湿度恒定时，恒湿模型可以很好地符合实验结果；当环境的湿度随着时间变化时，一般吸湿模型可以得到更接近实验的结果。因此，利用吸湿模型可以计算出不同时刻变色硅胶的吸湿量，为环境湿度的控制提供了一个有用

表5一般吸湿模型下的拟合结果

Table5Tandstandarddeviationingeneralabsorptionmodel实验编号300-1300-2300-3300-4

T/h14.6132.8740.0060.71

标准偏差σ0.8591.0191.1031.000

0.974总体标准偏差

4结语

计算中，取Δt=0.1h，初始条件为Q（0）=0。平衡吸湿量Qh按式（2）由空气湿度RH计算得出，空气湿度RH用对实测数据进行样条插值的方法得到（如图3所示）。该模型只有1个参数，计算中，调节参数T（β=1/T），以使总体标准偏差最小。计算结果见图2和表5。

的手段。

参考文献：

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由图2可见，一般模型计算的结果能更好地描述实验结果的变化趋势，特别是对单层300-1效果更明显。对比表3和表5可见，一般吸湿模型计算的总体标准偏差最小，说明当环境的湿度随时间变化时，一般吸湿模型计算的结果比恒湿模型拟合的结果更接近实验测量值。此外，实验在测量环境湿度时，有些实验点时间间隔较大，对样条插值结果的准确性造成了影响，这一问题可以通过增加测量频率得到解决。

3.4对T的讨论

从表2、表4和表5可见：时间常数T随硅胶层数的增加而增大，这是因为硅胶层数的增大导致硅胶与空气的有效接触面积减小，需要更长的时间才能达到吸湿平衡，故时间常数T相应增大。对于影响T的其他因素还有待进一步研究。

（上接第31页）

避免其与铜合金的电接触。

[3][4]

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2o1m.html