氣體粘度測(cè)量的研究
流體的粘度是工質(zhì)熱物性研究的重要內(nèi)容之一,它是化工、制冷、能源、材料等應(yīng)用領(lǐng)域中不可缺少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù).目前在CFCs替代研究中,許多工質(zhì)的粘度數(shù)據(jù)都亟需擴(kuò)充和完善.對(duì)于低粘度液體的測(cè)量,一般可用各種形式的毛細(xì)管粘度計(jì)、落球粘度計(jì)、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)等進(jìn)行,但難以得到高壓下的精確數(shù)值.氣體粘度的測(cè)量則難度更大. 本世紀(jì)初,以水蒸氣為代表的低粘度流體粘度的測(cè)量由于工業(yè)發(fā)展的需要而逐漸展開.在測(cè)量方法上,大部分人沿用了測(cè)量液體粘度的方法,如落球法、旋轉(zhuǎn)筒法、借助毛細(xì)原理設(shè)計(jì)的各種方法以及利用標(biāo)準(zhǔn)噴管的阻力損失來進(jìn)行測(cè)量等等.但大多數(shù)測(cè)量的范圍狹窄,結(jié)果不甚滿意. 低頻振動(dòng)粘度計(jì)又稱振動(dòng)盤粘度計(jì),它在工作時(shí)是利用一個(gè)在被測(cè)流體中作簡諧衰減扭振的圓盤來測(cè)量粘度,通常盤是懸掛于一根高彈扭絲下,振動(dòng)周期在10 s以上.由于其原理最先由Maxwell在18世紀(jì)提出,所以也有人稱Maxwell型粘度計(jì),它在低粘度流體的測(cè)量上得到比較高的精度.
相關(guān)專家總結(jié)了氣體粘度測(cè)量的諸多方法,首先利用振動(dòng)盤粘度計(jì)來測(cè)量水蒸氣的粘度,并得到了較高的精度,同時(shí),他們?cè)贛axwell理論的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步發(fā)展了其測(cè)量理論,并又對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn),使之可用于液體和融鹽的粘度測(cè)定.其測(cè)量范圍達(dá)到 30 MPa和500℃. 日本在Brown大學(xué)之后很快建立了自己的試驗(yàn)臺(tái)位,他們分別采用融解石英和不銹綱作為扭絲和盤的材料,并將振動(dòng)盤的初始振動(dòng)改用電磁激振,設(shè)計(jì)了較好的高壓定量加壓系統(tǒng), 整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度約1%.
工作原理
準(zhǔn)備測(cè)量時(shí)，先將本體轉(zhuǎn)動(dòng)1個(gè)小角度，然后恢復(fù)原位，振動(dòng)盤就會(huì)在彈性扭絲的作用下做振幅逐漸衰減的簡諧扭轉(zhuǎn)振動(dòng).由于小鏡是跟隨工作盤一起運(yùn)動(dòng)的，所以工作盤的運(yùn)動(dòng)軌跡可以通過記錄從小鏡反射出來的激光束的運(yùn)動(dòng)軌跡C到，由其運(yùn)動(dòng)軌跡可以直接得到振動(dòng)的周期T和振幅的對(duì)數(shù)衰減率△，由這2個(gè)參數(shù)，可以追過工作方程計(jì)算出振動(dòng)盤周圍流體的粘度.
氣體的粘度測(cè)量
我們利用自行研制的粘度試驗(yàn)臺(tái),首先對(duì)R152a氣體進(jìn)行了測(cè)量.由于氣相粘度一般較小,國外利用低頻振動(dòng)粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)量時(shí)都采用相對(duì)測(cè)量法.本試驗(yàn)臺(tái)用于氣相粘度測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn),若采用絕對(duì)測(cè)量法,誤差較大.所以,對(duì)R152a氣體粘度的測(cè)量也采用了相對(duì)方法. 首先,對(duì)試驗(yàn)臺(tái)在真空下的振動(dòng)周期和對(duì)數(shù)衰減率隨溫度的變化進(jìn)行測(cè)量然后測(cè)量了部分溫度和壓力下高純氮?dú)獾恼駝?dòng)周期和對(duì)數(shù)衰減率,并用實(shí)驗(yàn)中提供的氮?dú)鈹?shù)據(jù)回歸出測(cè)量公式中校正項(xiàng)與邊界層厚度的關(guān)系;最后,在本試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)50～100℃及2.5 MPa范圍內(nèi)的R152a進(jìn)行了粘度測(cè)量.
本文的測(cè)量結(jié)果與文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)在一些點(diǎn)產(chǎn)生較大偏差的原因,可能是在最早進(jìn)行的真空數(shù)據(jù)測(cè)量中,由于低溫下的數(shù)據(jù)不是很好而導(dǎo)致的.作者目前對(duì)試驗(yàn)臺(tái)又進(jìn)行了完善,對(duì)其各個(gè)特征參數(shù)重新進(jìn)行了仔細(xì)測(cè)量,有關(guān)更大溫度范圍內(nèi)的R152a氣體粘度測(cè)量工作正在繼續(xù)進(jìn)行. 中國糧油儀器在線 http://www.radiant-cloud.com/
