[发明专利]变剪切率液体导热系数测量仪及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变剪切率液体导热系数测量仪及测量方法，属于流体导热系数的测量技术领域。

背景技术

对于流体，尤其是传热工质来说，导热系数是一项重要的输运特性，它直接影响到工质换热性能的好坏。一种新型换热工质在实际应用前，必须明确其导热系数及影响导热系数的因素，才能判断该换热工质在具体工况下的换热性能。研究表明，对于牛顿流体，其导热系数只与温度有关，而对于非牛顿流体，由于其微观结构复杂，不遵守牛顿内摩擦定律，使得其导热系数不仅与温度有关，还会受到剪切率的影响。剪切率是流体内部由剪切应力引起的应变对于时间的导数，即应变随时间的变化率，它能影响流体内部的微观结构，从而影响非牛顿流体的导热系数。

随着现代工业的发展，水作为传统的换热工质已经无法满足换热性能的需求，各种具有强化换热效果的新型流体应运而生，如纳米流体、含有添加剂的水等，这些换热工质基本都是非牛顿流体，并且该流体在管道或者槽道等环境内流动时，都将不同程度上受到内壁摩擦和粘性内摩擦力的作用，从而导致流体内部存在一定的剪切应力，也就是说实际应用中流体内部剪切率不为零，非牛顿流体的导热系数将发生变化，并且不同的非牛顿流体的导热系数随剪切率的变化往往呈现出不同的规律，目前，主流的导热系数测量方法为瞬丝热线法，大部分的液体导热系数测量仪也是应用此方法，此方法准确，测量简单，此外还有许多其他方法，但这些方法均是在静态条件下测量液体的导热系数，没有考虑剪切率对导热系数的影响，也尚没有仪器能够直接测量以获得非牛顿流体在不同剪切率下的导热系数，也就无法研究剪切率对液体导热系数的影响，以及二者之间的关系，这对非牛顿流体热物性的研究以及实际应用都造成了影响。

发明内容

本发明是为了解决目前只能在静态条件下测量非牛顿流体的导热系数，对于非牛顿流体在不同剪切率下的导热系数无法进行测量的问题，提供一种变剪切率液体导热系数测量仪及测量方法。

本发明所述变剪切率液体导热系数测量仪，它包括同轴双桶旋转装置、循环冷却系统、步进电机、加热棒、数据采集系统、计算机和水浴桶，

所述同轴双桶旋转装置包括同轴设置的内桶和外桶，内桶和外桶之间具有容纳待测液体的空间，外桶的内径与内桶的外径比值大于1.0小于1.1，加热棒插入内桶的腔体内给待测液体加热，加热棒与内桶的桶壁间填充氧化镁，同轴双桶旋转装置居中放置于水浴桶内，内桶通过顶针与水浴桶的桶盖固定，步进电机通过动力输出轴带动外桶旋转，循环冷却系统用来对水浴桶内的液体进行冷却，

内桶内壁上设置有第一热电偶，外桶的外壁上设置第二热电偶，水浴桶内设置温度计，

第一热电偶的温度信号输出端连接数据采集系统的内桶温度信号输入端，第二热电偶的温度信号输出端连接数据采集系统的外桶温度信号输入端，温度计的温度信号输出端连接数据采集系统的水浴温度信号输入端，数据采集系统的温度信号输出端连接计算机的温度信号输入端，计算机的温度采集控制信号输出端连接数据采集系统的控制信号输入端，计算机的电机控制信号输出端连接步进电机的控制信号输入端。

本发明所述基于上述变剪切率液体导热系数测量仪的导热系数测量方法，它包括以下步骤：

步骤一：设定水浴桶内的水浴温度和步进电机的转速ω，开启循环冷却系统和步进电机；同时，设置好可调功率加热电源的加热功率，给加热棒加热；

步进电机的转速ω为：

ω=DΔr3,]]>

D表示待测液体的预设置剪切率，

Δ为容纳待测液体的空间的径向厚度，

r₃表示外桶的内径；

步骤二：通过数据采集系统采集温度计的温度信号以及第一热电偶的温度信号，待水浴温度达到预设值并且第一热电偶采集的的温度信号稳定后，将该温度信号作为第一热电偶的温度信号t₁；

步骤三：关闭步进电机，同时采集第二热电偶的温度信号t₄；

步骤四：计算机通过下述公式计算获得待测液体的导热系数k₂：