專利名稱：一種含離子液體溶液微管流動(dòng)特性及其動(dòng)電參數(shù)的測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及測(cè)量流體流動(dòng)特性及其動(dòng)電參數(shù)的領(lǐng)域，尤其涉及一種含離子液體溶液微管流動(dòng)特性及其動(dòng)電參數(shù)的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
界面動(dòng)電現(xiàn)象影響微細(xì)管道中流體的傳遞過程，當(dāng)固體材料與極性溶液或電解質(zhì)溶液接觸吋，固體材料表面會(huì)產(chǎn)生表面電荷，影響鄰近的液體，形成雙電層，產(chǎn)生表面zeta電勢(shì)，壓カ驅(qū)動(dòng)流體時(shí)溶液中的電荷重新分布形成流動(dòng)電勢(shì)，從而對(duì)流體產(chǎn)生靜電力，影響流體運(yùn)動(dòng)，宏觀表現(xiàn)為黏性增大，流動(dòng)阻カ增加，即電黏效應(yīng)。離子液體是由陰、陽(yáng)離子組成，在室溫或接近室溫的情況下呈液態(tài)的有機(jī)熔融鹽，具有取代揮發(fā)性有機(jī)化合物的趨勢(shì)，其水溶液或有機(jī)溶液在微細(xì)管道中的流動(dòng)具有特殊性，存在電黏效應(yīng)。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)有關(guān)測(cè)量含離子液體溶液在微細(xì)管道中流動(dòng)特性及其動(dòng)電參數(shù)的裝置的報(bào)道。因此，開發(fā)ー種測(cè)量含離子液體溶液在微細(xì)管道中流動(dòng)特性及其動(dòng)電參數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，從而充分認(rèn)識(shí)微尺度下的流動(dòng)特性對(duì)于離子液體將來(lái)在微反應(yīng)器設(shè)計(jì)、微換熱器開發(fā)等應(yīng)用具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于提供一種含離子液體溶液微管流動(dòng)特性及其動(dòng)電參數(shù)的測(cè)
量裝置。含離子液體溶液微管流動(dòng)特性及其動(dòng)電參數(shù)的測(cè)量裝置包括氣體供壓系統(tǒng)、測(cè)試段和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；氣體供壓系統(tǒng)包括高壓氮?dú)馄?、減壓閥、第一過濾器、第二過濾器、精密減壓閥、截止閥、單向閥、快開閥、第三過濾器、盤管、儲(chǔ)液罐、恒溫槽、儲(chǔ)氣罐；高壓氮?dú)馄?、減壓閥、第一過濾器、第二過濾器、精密減壓閥、儲(chǔ)氣罐、截止閥、單向閥順次相連，儲(chǔ)液罐內(nèi)設(shè)有盤管，盤管兩端分別與低溫恒溫槽的進(jìn)出口相連，儲(chǔ)液罐下部與第三過濾器、快開閥ー端順次相連；測(cè)試段和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括PtlOO測(cè)溫探頭、緩沖腔、第一出口閥、在線電導(dǎo)率傳感器、第一截止閥、三通接頭、第一支路、第二支路、第二截止閥、玻璃套管換熱器、微細(xì)管道、第二出ロ閥、電子天平、測(cè)量電極、差壓傳感器、信號(hào)發(fā)生器、鎖相放大器、電子計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、兩通接頭、氟橡膠墊圈、緊固件；玻璃套管換熱器內(nèi)設(shè)有微細(xì)管道，微細(xì)管道兩端分別與兩個(gè)兩通接頭一端相連，通過氟橡膠墊圈、緊固件固定；兩個(gè)兩通接頭的另一端分別與兩個(gè)緩沖腔一端相連，兩個(gè)緩沖腔內(nèi)分別設(shè)有測(cè)量電極，兩測(cè)量電極分別與信號(hào)發(fā)生器、鎖相放大器相連；兩個(gè)緩沖腔下端分別設(shè)有差壓傳感器、Ptioo測(cè)溫探頭，并分別與數(shù)據(jù)采集卡、電子計(jì)算機(jī)相連；一緩沖腔上端與第一出ロ閥、第一截止閥一端相連，另ー緩沖腔上端與第二出口閥、第二截止閥一端相連；快開閥另一端與在線電導(dǎo)率傳感器、三通接頭順次相連，從三通接頭分出兩支路，第一支路與第一截止閥一端相連，第二支路與第二截止閥的另一端相連。、[0006]所述緩沖腔為有機(jī)玻璃腔體，且為圓柱體。所述微細(xì)管道置于玻璃套管換熱器中。本實(shí)用新型不僅能夠測(cè)量流體在微細(xì)管道中流動(dòng)的壓降，還可以測(cè)量由于雙電層存在而產(chǎn)生的流動(dòng)電勢(shì)，從而可判斷電黏性對(duì)含離子液體溶液流動(dòng)特性的影響程度，還能得到壁面zeta電勢(shì)和比表面電導(dǎo)率。通過連接在線電導(dǎo)率儀，不僅可以測(cè)量流體的電導(dǎo)率，還可以檢測(cè)管路是否清洗干凈。所采用的氣體供壓系統(tǒng)具有供壓平穩(wěn)、易于調(diào)節(jié)、操作安全的特點(diǎn)。將管路設(shè)計(jì)成回路形式，以及增加出口閥，從而通過控制閥門開關(guān)即可改變流體的流向，方便重復(fù)測(cè)量和管路清洗。測(cè)量溫度、壓降及電導(dǎo)率裝置均由導(dǎo)線連接到計(jì)算機(jī)，能在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示和采集數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。

圖I含離子液體溶液微管流動(dòng)特性及其動(dòng)電參數(shù)的測(cè)量裝置的示意圖；圖2測(cè)試段沿管線方向的剖面圖；圖中，高壓氮?dú)馄縄、減壓閥2、第一過濾器3、第二過濾器4、精密減壓閥5、截止閥·6、單向閥7、快開閥8、第三過濾器9、盤管10、儲(chǔ)液罐11、恒溫槽12、儲(chǔ)氣罐13、PtlOO測(cè)溫探頭14、緩沖腔15、第一出口閥16、在線電導(dǎo)率傳感器17、第一截止閥18、第一支路19、三通接頭20、第二支路21、第二截止閥22、玻璃套管換熱器23、微細(xì)管道24、第二出ロ閥25、電子天平26、測(cè)量電極27、差壓傳感器28、信號(hào)發(fā)生器29、鎖相放大器30、電子計(jì)算機(jī)31、數(shù)據(jù)采集卡32、兩通接頭33、氟橡膠墊圈34、緊固件35。
具體實(shí)施方式
如圖所示，含離子液體溶液微管流動(dòng)特性及其動(dòng)電參數(shù)的測(cè)量裝置包括氣體供壓系統(tǒng)、儲(chǔ)液罐、測(cè)試段和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；氣體供壓系統(tǒng)包括高壓氮?dú)馄縄、減壓閥2、第一過濾器3、第二過濾器4、精密減壓閥5、截止閥6、單向閥7、快開閥8、第三過濾器9、盤管10、儲(chǔ)液罐11、恒溫槽12、儲(chǔ)氣罐13 ;高壓氮?dú)馄縄、減壓閥2、第一過濾器3、第二過濾器4、精密減壓閥5、儲(chǔ)氣罐13、截止閥6、單向閥7順次相連，儲(chǔ)液罐11內(nèi)設(shè)有盤管10，盤管10兩端分別與低溫恒溫槽12的進(jìn)出ロ相連，儲(chǔ)液罐11下部與第三過濾器9、快開閥8 一端順次相連；測(cè)試段和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括PtlOO測(cè)溫探頭14、緩沖腔15、第一出口閥16、在線電導(dǎo)率傳感器17、第一截止閥18、三通接頭19、第一支路20、第二支路21、第二截止閥22、玻璃套管換熱器23、微細(xì)管道24、第二出ロ閥25、電子天平26、測(cè)量電極27、差壓傳感器28、信號(hào)發(fā)生器29、鎖相放大器30、電子計(jì)算機(jī)31、數(shù)據(jù)采集卡32、兩通接頭33、氟橡膠墊圈34、緊固件35 ;玻璃套管換熱器23內(nèi)設(shè)有微細(xì)管道24，微細(xì)管道24兩端分別與兩個(gè)兩通接頭33 一端相連，通過氟橡膠墊圈34、緊固件35固定；兩個(gè)兩通接頭33的另一端分別與兩個(gè)緩沖腔15 —端相連，兩個(gè)緩沖腔15內(nèi)分別設(shè)有測(cè)量電極27，兩測(cè)量電極27分別與信號(hào)發(fā)生器29、鎖相放大器30相連；兩個(gè)緩沖腔15下端分別設(shè)有差壓傳感器28、Ptl00測(cè)溫探頭14，并分別與數(shù)據(jù)采集卡32、電子計(jì)算機(jī)31相連；一緩沖腔15上端與第一出ロ閥16、第一截止閥18 —端相連，另ー緩沖腔15上端與第二出ロ閥25、第二截止閥22 —端相連；快開閥8另一端與在線電導(dǎo)率傳感器17、三通接頭20順次相連，從三通接頭20分出兩支路，第ー支路19與第一截止閥18 —端相連,第二支路21與第二截止閥22的另一端相連。所述流動(dòng)管路為回路，且在所述流動(dòng)回路中設(shè)置出口及出口閥，從而通過控制閥門開關(guān)即可改變流體的流向，方便重復(fù)測(cè)量和管路清洗。所述微管道通過塑料兩通接頭、氟橡膠墊圈、緊固件固定，便于更換不同管徑的微管。微通道兩端均處于測(cè)壓孔的內(nèi)側(cè)并與測(cè)壓孔保持l_2mm距離，使得流量穩(wěn)定時(shí)測(cè)壓孔處的壓カ比較穩(wěn)定。所述緩沖腔為不導(dǎo)電的有機(jī)玻璃腔體，可減小環(huán)境附加電場(chǎng)對(duì)流動(dòng)電勢(shì)測(cè)量的干擾，將其設(shè)計(jì)成圓柱體，可避免氣泡在壁面處堆積而導(dǎo)致流動(dòng)阻カ變化。所述測(cè)量電位勢(shì)裝置連接到鎖相放大器，避免噪聲影響，測(cè)量溫度、壓降、電導(dǎo)率裝置經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡連接到計(jì)算機(jī)，能在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示和采集數(shù)據(jù)。所述玻璃套管式換熱器能確保避免由于與環(huán)境的熱交換而導(dǎo)致流體進(jìn)出ロ溫度的差別。所述氣體供壓系統(tǒng)通過減壓閥、精密減壓閥實(shí)現(xiàn)壓カ粗調(diào)、細(xì)調(diào)；所述儲(chǔ)氣罐能使氮?dú)饬鲃?dòng)更加平穩(wěn)，從而提供更加穩(wěn)定的壓力；所述單向閥可預(yù)防液體回流；所述過濾器用于去除氮?dú)?、被測(cè)液體中的雜質(zhì)，防止進(jìn)入微管道造成堵塞。測(cè)量含離子液體溶液微管流動(dòng)特性及其動(dòng)電參數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，其數(shù)據(jù)處理方法如下通常流動(dòng)特性也稱為壓降特性，實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的是微管道単位時(shí)間內(nèi)的質(zhì)量流量Q，kg/s，則微管道內(nèi)流體的平均速度u為-U=~(I)
ρπα微管內(nèi)雷諾數(shù)Re的計(jì)算公式為
pdu, \Re =--(2)
μ式中P為流體密度，kg/m3 ；u為流體平均速度，m/s ;d為圓形微管道直徑，m ； μ是流體的動(dòng)カ黏度，Pa · S。根據(jù)經(jīng)典理論，常規(guī)尺度下管內(nèi)的層流為充分發(fā)展?jié)M足Poiseuille流，摩擦阻力常數(shù)，即Poisuille值f · Re可由下式計(jì)算，即Hagen-Poisuille解。
64=/.Re=ん理論叩 d4(3)
L Ιμ-Q實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的壓差A(yù)Pttrtal包括三個(gè)部分流體流過微管道的壓差ΛΡ、微管道進(jìn)ロ處流道突然縮小引起的局部壓差ΛΡ。以及出口處流道突然擴(kuò)大引起的局部壓差ΛΡε。ΔΡ = Kc(4)
c c 2AP =K(5)
2式中，K。、も分別為突然縮小阻力系數(shù)、突然擴(kuò)大阻力系數(shù)。可分別由以下公式計(jì)算。Kc = O-S(I-A1A2) (6)Ke = (I-A1A2)2(7)式中，ApA2分別為微管道的橫截面積、與微管道相連的緩沖腔的橫截面積。因此，壓降ΛΡ可由下式求得。ΔΡ= APtotal-APc-APe (8)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得的APtotal計(jì)算出ΛΡ，發(fā)現(xiàn)其比經(jīng)典流動(dòng)的APaife偏大，考慮到可能由于電黏性而導(dǎo)致流體的阻力増大，故根據(jù)以下理論模型進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)靜電理論，壁面靜電勢(shì)Ψ與溶液中單位體積內(nèi)的電荷密度P e的分布可用柱坐標(biāo)中無(wú)因次Poisson-Boltzmann方程描述
權(quán)利要求1.一種含離子液體溶液微管流動(dòng)特性及其動(dòng)電參數(shù)的測(cè)量裝置，其特征在于包括氣體供壓系統(tǒng)、測(cè)試段和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；氣體供壓系統(tǒng)包括高壓氮?dú)馄?I)、減壓閥(2)、第一過濾器(3)、第二過濾器(4)、精密減壓閥(5)、截止閥(6)、單向閥(7)、快開閥(8)、第三過濾器(9)、盤管(10)、儲(chǔ)液罐(11)、低溫恒溫槽(12)、儲(chǔ)氣罐(13);高壓氮?dú)馄?I)、減壓閥(2)、第一過濾器(3)、第二過濾器(4)、精密減壓閥(5)、儲(chǔ)氣罐(13)、截止閥(6)、單向閥(7)順次相連，儲(chǔ)液罐(11)內(nèi)設(shè)有盤管(10)，盤管(10)兩端分別與恒溫槽(12)的進(jìn)出口相連，儲(chǔ)液罐(11)下部與第三過濾器(9)、快開閥(8) —端順次相連；測(cè)試段和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括PtlOO測(cè)溫探頭(14)、緩沖腔(15)、第一出口閥(16)、在線電導(dǎo)率傳感器(17)、第一截止閥(18)、第一支路(19)、三通接頭(20)、第二支路(21)、第二截止閥(22)、玻璃套管換熱器(23)、微細(xì)管道(24)、第二出口閥(25)、電子天平(26)、測(cè)量電極(27)、差壓傳感器(28)、信號(hào)發(fā)生器(29)、鎖相放大器(30)、電子計(jì)算機(jī)(31)、數(shù)據(jù)采集卡(32)、兩通接頭(33)、氟橡膠墊圈(34)、緊固件(35);玻璃套管換熱器(23)內(nèi)設(shè)有微細(xì)管道(24)，微細(xì)管道(24)兩端分別與兩個(gè)兩通接頭(33)—端相連，通過氟橡膠墊圈(34)、緊固件(35)固定；兩個(gè)兩通接頭(33)的另一端分別與兩個(gè)緩沖腔(15)—端相連，兩個(gè)緩沖腔(15)內(nèi)分別設(shè)有測(cè)量電極(27)，兩測(cè)量電極(27)分別與信號(hào)發(fā)生器(29)、鎖相放大器(30)相連；兩個(gè)緩沖腔(15)下端分別設(shè)有差壓傳感器(28)、PtlOO測(cè)溫探頭(14)，并分別與數(shù)據(jù)采集卡(32)、電子計(jì)算機(jī)(31)相連；一緩沖腔(15)上端與第一出ロ閥(16)、第一截止閥(18) 一端相連，另ー緩沖腔(15)上端與第二出口閥(25)、第二截止閥(22)—端相連；快開閥(8)另一端與在線電導(dǎo)率傳感器(17)、三通接頭(20)順次相連，從三通接頭(20)分出兩支路，第一支路(19)與第一截止閥(18) —端相連，第二支路(21)與第二截止閥(22)的另一端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種含離子液體溶液微管流動(dòng)特性及其動(dòng)電參數(shù)的測(cè)量裝置，其特征在于所述緩沖腔(15)為有機(jī)玻璃腔體，且為圓柱體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種含離子液體溶液微管流動(dòng)特性及其動(dòng)電參數(shù)的測(cè)量裝置，其特征在于所述微細(xì)管道(24)置于玻璃套管換熱器(23)中。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種含離子液體溶液微管流動(dòng)特性及其動(dòng)電參數(shù)的測(cè)量裝置。它包括氣體供壓系統(tǒng)、儲(chǔ)液罐、測(cè)試段和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。氣體供壓系統(tǒng)由高壓氮?dú)馄?、精密減壓閥等組成。測(cè)試段中的塑料兩通接頭一端與微細(xì)管道相連，另一端與緩沖腔相連，緩沖腔下方連有差壓傳感器、Pt100測(cè)溫探頭，側(cè)面引出一對(duì)測(cè)量電極，與鎖相放大器、信號(hào)發(fā)生器相連，流體進(jìn)出口管道上各設(shè)有截止閥及出口閥，總管上連接有在線電導(dǎo)率傳感器。本實(shí)用新型通過測(cè)量流動(dòng)的壓降以及由于雙電層存在而產(chǎn)生的流動(dòng)電勢(shì)，不僅可判斷電黏性對(duì)流體流動(dòng)特性的影響程度，還可得到壁面zeta電勢(shì)和比表面電導(dǎo)率。該裝置具有穩(wěn)定、可靠、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，通過計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)采集，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。
文檔編號(hào)G01R27/02GK202453272SQ20122002228
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者何潮洪, 吳可君, 周穎, 林真, 沈劍, 陳巧麗, 陳菡 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)