[实用新型]一种多孔介质渗透率的测量装置

说明书

本实用新型提供了一种多孔介质渗透率的测量装置，测量装置包括：计量驱动单元(1)，用于驱动液体流动并测量液体流量；样本测量单元(2)，包括多孔介质安装框架(21)、可视窗(22)、流体入口(23)、流体出口(24)、压力检测装置以及腔体(25)，其中，多孔介质设于多孔介质安装框架(21)的内底面，可视窗(22)密封多孔介质安装框架(21)的开口并与多孔介质形成腔体(25)，压力检测装置贯通多孔介质安装框架(21)的底面并与多孔介质接触，流体入口(23)与计量驱动单元连接用于使液体流入，流体出口(24)用于使液体流出；压力控制单元(5)，用于控制腔体(25)内部的压力。

技术领域

本申请涉及热管技术领域，尤其涉及一种多孔介质渗透率的测量装置。

背景技术

热管作为一种高效的传热器件，被广泛的应用在电子器件散热、空调、火电厂、航空航天、船舶等诸多领域。热管按照工作液体回流动力一般可分为有芯热管、重力热管(又称为两相闭式热虹吸管)、重力辅助热管、旋转热管、电流体动力热管、磁流体动力热管、渗透热管等。有芯热管一般利用多孔介质的毛细压力提供动力。在逆重力形式下，毛细压力(ΔP_c)克服多孔介质中的液相流动阻力(ΔP₁)、通道中的汽相流动阻力(ΔP_v)和重力(ΔP_g)，从而使得液体可以源源不断的从冷凝段流向蒸发段。即：ΔP_c≥ΔP_l+ΔP_v+ΔP_g。当毛细压力不足以提供三者合力的时候，则达到毛细极限，热管蒸发段会发生干烧造成传热恶化。对热管中的毛细力、汽相阻力和液相阻力进行准确的定量计算是热管精确设计必不可少的步骤。数值仿真对于通道内单相计算比较准确，因此，汽相流动阻力可以通过数值仿真的方法进行计算。但对于多孔介质的流动阻力计算，数值仿真方法还很不成熟，所以一般用实验手段对多孔介质的流动阻力进行测量。多孔介质流动阻力的表达式，即根据Darcy定律为：ΔP_f＝μmL/(ρAK)，其中，ΔP_f为多孔介质流动方向两点之间流动阻力，μ为液体的动力粘度，m为质量流量(量纲kg/s)，L为流动方向两点之间多孔介质长度，A为流动横截面积，K为渗透率(量纲m²)。式中的渗透率K是与多孔介质的孔隙率、孔径大小等几何尺度有关，需要经过测量获得。

现有的多孔介质渗透率测量，常用强制流动方法，如图1所示，压力变化可通过沿程阻力测量装置测得(如毛细管液位计，或者灵敏的压力传感器)，流量可用量筒计量或者直接用泵设定流量。实际上，多孔介质的渗透率受具体工况下边界条件的影响，边界条件一般可分为除流动方向外四周封闭边界条件，如图2a(前后也封闭)，以及一侧或者多侧处于开口的情形，如图2b所示。如果多孔介质沿流动方向侧面有开口，那么用图1中的强制流动方法所测的值当成该情形下的渗透率会造成一定误差，因为一侧开口与四周封闭边界条件相比有两点不同：第一点是开口侧多孔介质表面的液体与外部汽相之间会形成弯月面，此时流动方向流动横截面积与封闭情形是不同的；第二点是开口侧不是无滑移边界条件。这两个因素造成封闭边界条件与开口情形渗透率有所差别。如果所测多孔介质足够厚，上述两个因素造成的误差相对较小，甚至这种误差可以忽略。如果多孔介质足够薄(厚度在0～5mm)，那么开口和封闭两种情形下渗透率差异巨大，此时不能用图1所示的强制流动法来测量。因为强制流动情况下流体会从多孔介质表面溢出，无法沿着流动方向形成压力梯度。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型提供了一种多孔介质渗透率的测量装置，至少解决以上技术问题。

(二)技术方案