[发明专利]剪切流场中非牛顿流体等效热导率测量装置

说明书

技术领域

本发明属于物理测量技术领域，涉及一种剪切流场中流体等效热导率的测量装置，特别涉及一种剪切流场中非牛顿流体等效热导率测量装置。

背景技术

热导率作为一个重要的流体热物性，在工程应用中被广泛需求，尤其在用数值方法分析流体的流动与传热过程时。目前，工业中用到的许多流体都表现出非牛顿性；而对于非牛顿流体，它的热导率不仅跟流体本身有关，还跟其所处的流动环境有关。但是，由于缺乏理论支撑和有效的测试手段，人们经常用静态下的热导率来代替流动状态下流体的等效热导率，这是极不科学的。剪切流场是工业应用中经常遇到的一种流动环境，因此得到非牛顿流体在剪切流场中的等效热导率具有重要的工程意义和应用价值。当前，国内、外未见关于剪切流场中流体热导率测量的相关专利公布，并且市场上也没有成熟的测量技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够精确测量非牛顿流体在剪切流场中等效热导率的测量装置。本装置能测量不同剪切速率下的等效热导率，分析剪切流场对流体热导率产生的流动效应。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括转动系统和加热系统，所述的转动系统由两个同轴的圆筒组成，其中内圆筒静止，外圆筒旋转，内圆筒由连接杆固定，外圆筒与马达相连，被测流体（1）设置于内圆筒与外圆筒之间的腔体内；

所述的加热系统包括附着在内圆筒内壁上的加热膜，该加热膜与可调直流电源相连，在内圆筒上还安装有与温度显示屏相连接的电阻温度计，在外圆筒的外侧设置有装有恒温水的循环杯，靠近外圆筒壁面的恒温水里设置有热电偶温度计，循环杯上开设有进水管和出水管，恒温水经进水管、出水管与恒温热浴相连。

所述的马达与转速控制器相连，其精度能达到0.1转/分钟，最大转速能达到1000转/分钟。

所述的外圆筒通过螺纹连接到马达的转动轴上。

所述的加热膜通过导热胶粘附在内圆筒内壁面上，通过导线与可调直流电源相连接。

所述的电阻温度计设置在内圆筒同一径向不同高度的两个位置上，通过连线与温度显示屏相连。

所述的内圆筒内填充有保温棉，上下端用胶木，阻止热量的损失。

所述的外圆筒上下段为胶木，中间段为紫铜。

所述的外圆筒的外壁上焊上六条增强对流换热的翅片。

本发明基于由剪切流场中的一维能量方程推导出的热导率计算公式，根据测量出的各个参数计算出被测流体的等效热导率。热量沿着径向方向从内向外传输，内圆筒温度高，外圆筒温度低。由于剪切场中的流体没有径向速度和轴向速度，其稳态能量方程为：

1rddr(krdTdr)+μ(duθdr-uθr)2=0---(1)]]>

假设粘性耗散可以忽略（详见误差分析），则从上式可得热导率：