[实用新型]测定气体黏度的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测定气体类流体性质的测定装置，即测定气体黏度的装置. 

背景技术

气体黏度的测定，对于天然气管道运输时的阻力计算和其速度分布模型的建立具有重要意义。在空气动力学的研究领域，飞行器的设计往往要考虑到气体类流体的黏度大小，以设计合理的飞行器外形。因为流体的黏度会导致各流层间存在速度差和运动的传递，因此对黏度的研究对研究流体的运动规律和特性有非常重要的参考价值。 

目前测定流体黏度的方案，按照其测量原理，大致可分为毛细管法粘度测定，旋转法黏度测定，以及落球法测定等方案。其中，以毛细管法测定是以泊肃叶定律为前提来测定流体的黏度，但是由于泊肃叶定律的假设前提，导致了该测定方案存在较多局限性，比如：测定过程要求保证流体处于层流状态实际测定时要防止流体与管壁出现滑移，管子的直线性及内径的均匀性，管子要求足够长，流体要求具有非压缩性，而且测定的流体对象必须是牛顿流体。但实际情况下的流体往往以非牛顿流体类型居多，因此此测定方案的实际应用性受到很大的限制，测定实际流体会产生较大的偏差。 

旋转法测定的原理是，通过测量流体作用于物体的粘性力矩或者物体的转速来确定流体的黏度，测定时，流体处于物体与容器的间隙中。但是这种方案会受到仪器自身众多因素的影响而使测定结果的准确度降低。这些因素包括：末端效应、湍流、二次流、偏心、壁滑移、剪切热、仪器的热膨胀、转速的变化、仪器的自身摩擦等因素，这些影响因素大多难以消除，使得测定结果的准确度难以较大程度地提高。而落球法则是基于斯托克斯方程的理论来测定流体的黏度，但是此方法必须以很多假设为前提才能使用，比如流体为牛顿流体、流体的范围无限广、球为刚性球、球与流体之间无滑动、球的速度非常小、球的运动为匀速运动等前提。这些条件很大程度上制约了这种方案的实际应用性，而且上述的这些测定方案对气体类流体难以适用。因为气体的黏度比较小，难以产生较大的阻力力矩，对落球法中下落小球的阻力也很小而无法满足测定条件。气体类流体的气态物理状态使得毛细管法更是难以应用。虽然实际气体的黏度可以借助于风洞实验来测定，但是此法成本太高，条件难以满足。 

发明内容

鉴于上述众多方案的不足之处，本实用新型提供了一种测定气体黏度系数的装置，能够准确的测定气体的黏度系数，而且设备简单，操作简便，能够达到实际工程应用的要求。 

测定气体黏度的装置，其特征在于该装置包括：气体储存设备、气体加热装置、颗粒层容器、尾气处理装置、温度压强记录装置、计算机。气体储存设备提供特定压强的气体，保证气体以稳定的流速通过 管道；气体加热装置能够使气体温度升高到设定的值；气体流速测定装置能测定较大范围内气体的流速；颗粒层容器的入口端和出口端有温度压强传感器，能够测定气体通过颗粒层前后的压强变化;尾气处理装置能够根据气体不同的性质对气体做出相应的处理;温度压强记录装置能够实时记录气体的温度和压强； 

测定气体黏度的装置，其特征在于颗粒层容器的外壁采用不锈钢材料做成，具有良好的保温绝热性能，保证气体通过颗粒层时温度保持恒定。 

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：以流体通过颗粒层的流动为模型，结合康采尼实验方程：当流速较低，雷诺数Re<2时，有 

ΔpL=K′a2(1-ϵ)2ϵ3μu]]>

其中K′——康采尼常数，ε——颗粒层的空隙率，a——颗粒的比表面，μ——气体的黏度，u——气体的流速， 

Δp——气体经过颗粒层的压降，L——颗粒层的高度 

对于特定的颗粒层，康采尼常数K′，颗粒层的空隙率ε，颗粒的比表面a，颗粒层的高度L均为固定值。因此，上述公式可以表示为： 

Δp＝Aμu