[发明专利]一种适用于测量流体近临界区域粘度的装置及方法

说明书

本发明提供一种适用于测量流体近临界区域粘度的装置及方法，该装置包括偏振光路、实验单元、散射光路和检测分析单元，其中，激光器发出的激光经可调衰减片衰减、偏振分光棱镜偏振分光、透镜汇聚后射入实验本体，实验本体产生的散射光经过光阑和遮光筒后被光子计数器检测，并通过数字相关器将检测结果传输到分析器；分析器根据检测的结果，通过计算得到待测流体的近临界区域粘度；其中实验单元包括用于承载待测流体的实验本体以及使得待测流体达到近临界区域的温度压力控制系统；其中，电加热器和温控仪用于控制待测流体的温度，待测液体加压泵入装置用于控制待测流体的压力，测量电路实现对待测流体的压力和温度的检测。

技术领域

本发明属于流体热物理性质测量技术领域，涉及一种适用于测量流体近临界区域粘度的装置及方法。

背景技术

粘度是流体抵抗剪切形变的一种性质，是流体主要的热物理性质参数之一，粘度及其测量涉及科学研究及工程实践的许多领域。粘度测量是控制生产流程、保证安全生产、控制与评定产品质量及科学研究的重要手段，在石油、化工、医药、交通、冶金、航天航空等诸多领域均有着广泛的应用。

粘度测量的常规方法主要包括：毛细管法、落球法、旋转法、振动法四种。毛细管法是一种应用最为广泛的粘度测量方法，具有设备简单，价格低廉，实验操作方便等优点，但由于毛细管形状、流体本身属性等因素，需对工作方程进行修正，且易被堵塞，不易清洗；落球法多用于粘度较大流体测量，但其测量精度会受到落球本身尺寸精度的影响；旋转法粘度测量适用范围广，使用方便，但测量时易发生内筒偏心、待测流体壁面滑移等现象，影响测量精度；振动法常用于低粘度液体或气体粘度的测量，但由于吊丝本身扭转形变大，易引起塑性变形和较大内摩擦，影响测量精度。

多年来，上述粘度测量方法原理的逐步完善和装置的不断改进，使其测量精度和温度/压力工作范围均有了大幅提升。然而，这些方法却极少涉及流体近临界热力学不稳定区域的粘度测量。究其原因在于：临界点附近属于物质热力学状态高度不稳定区域，物质密度涨落使得粘度产生明显的奇异性，粘度在近临界区会出现超常的急剧变化，使得上述测量方法在该区域粘度测量上存在明显的局限性。导致其局限性的核心问题在于：上述测量方法的实验原理均建立在描述宏观传递过程的物理数学模型基础上(如：毛细管粘度测量法中的管道层流模型)，利用上述方法开展粘度测量的首要技术环节就是借助相应的装置建立一定的势差，以形成并维持稳定可测的宏观动量传递梯度。然而，当流体的热力学状态处于其近临界区域时，粘度在密度涨落的作用下呈现出的超常变化，使得建立稳定可测的宏观动量传递梯度和保持待测流体热力学状态一致(热物性测量的基本要求)成为了一对不可调和的矛盾。这一核心问题导致上述方法测量得到的粘度实验结果在接近待测流体临界点时往往复现性差、准确度低，甚至无法开展测量。

近年来，跨/超临界状态下的工作流体被广泛应用到了能量传递和转化系统中，如：跨/超临界热动力循环中的工质、高超飞行器中的吸热型燃料、超临界萃取中的生物燃料等。这些工质在其流变过程和能/质传递过程中，热力学状态会经常性跨越临界点，而在临界点附近的近临界区域其热物性多表现为超常急剧变化。精细表征工质在跨越临界区的流动和能/质传递特性，必须首先掌握近临界区域内，工质粘度等热物性的变化规律。

鉴于此，本发明的主旨就在于建立一种适用于测量流体近临界区域内粘度的测量装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于测量流体近临界区域粘度的装置及方法，其不必直接接触待测流体，测量过程中待测流体处于宏观热力学平衡状态，无需外加宏观速度梯度，仅用激光提取粘度信息，对系统平衡不存在干扰，适用于流体临界区域液相粘度的测量。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种适用于测量流体近临界区域粘度的装置，包括偏振光路、实验单元、散射光路和检测分析单元，其中，