热扩散现象的研究最早是建立在一种标准的单元中，如图5－1所示。
图5－1 早期热扩散研究模型示意图
在这个水平的装置中，上下两侧分别为温度控制，由具有一定温度的流动水浴循环控温。而温度范围的选取是根据物质在不同温度下的溶解度，确定高温端应处于上侧或下侧，以使液体中组分受温度梯度影响程度更大，同时尽可能减少重力作用的影响。两侧材质为导热性能较好的铜片或不锈钢片。管材中间为注入的盐水或纯水溶液及扩散组分。为了减少由于重力作用对组分在液体中分布所产生的影响，管子内径要小，保证其中组分的扩散主要受浓度和温度梯度的作用。
为了获得液体中组分的浓度，多在铜质或不锈钢管材外壁开设小孔，选取不同位置处小孔中的溶液，测定其中组分的浓度。
上述实验设计有以下弊端：①外壁管材的选取。在选择材质的时候不仅需要考虑其导热性能，也应考虑其散失热量的性质，因为过多热量的散失会影响到温度梯度，所以在保证水浴控温和保持系统热量不向外部过多扩散的情况下，寻找导热性能较好且散热较弱的材料较为困难。而且不同的温度对管材材质的要求也不尽相同。②测定液体中组分浓度。虽然不同位置的小孔可以取到不同温度下的溶液来测定其中组分的浓度，但取样过程中对取出样品温度的不可控性以及取样时对液体流场的影响都不可忽略。除此之外，这样的复杂设计对管材的制作也增加了难度。
对控制温度方面的改进，有另外一种方法，就是使用光照聚焦。这种方法只需使用透光性能较好的材质，使光照射进溶液中的不同位置即可，对管材的要求有所降低。但这样的设计也有其弊端，由于光照聚焦在一点或多个点上，并不能保证液体整体温度的均匀（Patricia et al， 1981）。所以在测定不同温度下液体中组分浓度的时候，需要选较多的点取平均值，以减小温度不均匀带来的误差。除此之外，因为光照聚焦多使温度升高，所以温度梯度的设置多为目标温度至室温，对于低温范围内的研究有一定的局限性。
图5－2中在外部水浴与内部液体对流扩散层中，使用了光学材料，使激光可以透过管壁直接射入溶液之中，根据激光对不同组分的散射偏移量来确定其中各组分的浓度。
图5－2 光学方法研究热扩散模型示意图
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