使用帶槽篩板的納米流體動態穩定性的測試裝置的製作方法
2023-09-10 07:10:10
專利名稱：使用帶槽篩板的納米流體動態穩定性的測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測納米流體動態穩定性的分析裝置。特別是靜態可逆沉降的納米流體的動態穩定性研究裝置。
背景技術：
納米流體被認為具有提高換熱系統能效的潛力。但懸浮在納米流體中的納米微粒會發生團聚和沉降，使納米流體逐漸退化為普通流體。因此儘量減少納米流體中納米微粒的團聚與沉降，使納米流體在實際使用中發揮其應有的作用。而作為對納米流體強化換熱研究的第一步，需要能夠對納米微粒的團聚沉降特性進行評估。目前常用的納米微粒團聚沉降特性的方法主要基於靜態研究，方法主要分為沉降法、Zeta電位法、粒度觀測法、以及吸光度測試等方法。沉降法是將分散好的分散體系靜置，然後觀察沉降物的體積或高度。由於納米流體沉降會形成分界面，沉降法可以真實地反應納米微粒在液體介質中的分散穩定性，而且操作簡便。該方法的不足之處是對於分散穩定性好的納米流體而言，很難精確指出沉降界面的位置，誤差比較大。並且該方法不能反映納米流體實際應用環境(動態環境)的穩定性情況。Zeta電位法主要是測定納米流體的zeta電位來判斷穩定性的方法。Zeta電位的絕對值越大，粉體之間的靜電斥力佔優勢，不易團聚，說明體系分散穩定好；因此可以通過測量納米微粒表面^ta電位的大小來評估分散體系的分散穩定性。用該方法可以很快地得出試驗結果，但是該方法是在靜電穩定機制的理論基礎建立起來的，而對於空間位阻機制的納米流體該方法並不使實用。粒度觀測法是通過觀測分散體系中納米微粒的粒度或粒徑分布的評估方法。分散穩定性好的分散體系中納米微粒的尺寸應該是一次納米微粒的尺寸。相反粒度較大者，一方面說明該體系有一定程度的團聚，另一方面說明納米微粒在體系中所受重力影響較大， 沉降速度加快，從而加速了體系的不穩定性。測量納米微粒粒度的方法很多，如使用透射電鏡和粒度分析儀等儀器。吸光度測試法是利用納米流體中納米微粒對一定波長(特徵波長)入射光有吸收作用，納米微粒越多則吸收的光也越多，納米流體的吸光度也就越大。因此可以通過測量納米流體吸光度的方法來衡量納米流體的穩定性，吸光度越大則說明流體中懸浮的粉體越多，也就是說其分散穩定性越好，當吸光度不再變化時則說明納米流體中的納米微粒達到了分散穩定的狀態。
發明內容
由現有技術中的研究可知，沉降法、Zeta電位法缺乏普遍性，目前研究中基於動態穩定性的研究還很欠缺，然而納米流體的實際應用中大部分是在流動狀態下的，為了清楚研究納米流體動態下的穩定性，所以本裝置採用動態流動系統配合吸光度測試方法來進行納米流體動態穩定性研究。一種使用帶槽篩板的納米流體動態穩定性的測試裝置，包括流道、取樣器和分光光度計；所述流道上設有取液孔，取樣器與取液孔可拆卸連接，所述分光光度計與取樣器可拆卸連接，其特徵是所述流道分為上層流道和下層流道，上、下層流道之間設有篩板，上、下層流道內液體流向相同；上層流道的首尾兩端通過上層流道蠕動泵連接，下層流道的首尾兩端通過下層流道蠕動泵連接；所述篩板的篩孔孔徑尺寸為0. Imm士 20%。所述取液器伸入取液孔的深度是50mm。所述流道的沿流道內液體流向的截面是環形或方形本裝置的特點在於利用兩個蠕動泵來提供動力，通過調節轉速來模擬納米流體實際運動過程，再利用分光光度計來測定吸光度研究納米流體在動態下的分散穩定性。作用方法是通過篩板(篩孔選用150目，孔徑尺寸為0. 1mm，大於普通納米顆粒團聚體)的作用， 而納米流體中較大的較重的納米顆粒在流動中具有沉降的傾向性，由於篩子原理，流動過程中團聚形成的較大較重的納米顆粒(< 0. Imm)在篩板作用下基本上匯聚於篩板下方，而穩定分散的納米顆粒則仍能停留在篩板上方。篩板上的凹槽可以用來存放大於篩孔的特別大的團聚體(大於0. Imm)，以免大於孔徑尺寸的納米流體團聚體堵塞篩孔。這樣可以將納米流體中穩定懸浮的小顆粒和易沉降的較大團聚體分開，再通過測定篩板上方某一高度的吸光度，便能很好的研究出納米流體的動態穩定性，從而更好地選擇與實際應用環境相匹配的納米流體。由於動態納米流體顆粒擾動較大，團聚的顆粒與穩定分散的納米顆粒摻雜在一起，如果直接取樣進行穩定性研究，不論吸光度測試或者粒度分析，由於對象是納米流體與團聚顆粒的複雜組合體，所以動態系統取樣得到的結果往往較難分析其分散穩定性，本發明的關鍵之處在於提供穩定流動的同時，利用篩板使流動中團聚顆粒具有沉降傾向性，使納米流體與團聚體能得到較好的分離。這樣一定時間動態流動過後，團聚體由於受到較大的重力作用而自然沉降，將大部分匯聚於下層流道，而穩定分散的納米顆粒由於顆粒之間的作用(靜電機制或者空間位阻機制)能夠停留在上層流道，這樣，通過取樣篩板上層固定高度的納米流體進行吸光度測試或者粒度分析就能清楚得到納米流體的動態穩定性情況， 而通過取樣下層流道進行粒度分析也能作為納米顆粒團聚體機制的研究手段。有益效果由於動態納米流體顆粒擾動較大，團聚的顆粒與穩定分散的納米顆粒摻雜在一起，如果直接取樣進行穩定性研究，不論吸光度測試或者粒度分析，由於對象是納米流體與團聚顆粒的複雜組合體，所以動態系統取樣得到的結果往往較難分析其分散穩定性，本發明的關鍵之處在於提供穩定流動的同時，利用篩板使流動中團聚顆粒具有沉降傾向性，使納米流體與團聚體能得到較好的分離。這樣一定時間動態流動過後，團聚體由於受到較大的重力作用而自然沉降，將大部分匯聚於下層流道，而穩定分散的納米顆粒由於顆粒之間的作用(靜電機制或者空間位阻機制)能夠停留在上層流道，這樣，通過取樣篩板上層固定高度的納米流體進行吸光度測試或者粒度分析就能清楚得到納米流體的動態穩定性情況，而通過取樣下層流道進行粒度分析也能作為納米顆粒團聚體機制的研究手段。對於可逆沉降的納米流體(靜態下沉降後擾動再分散屬於可逆沉降)，相比靜態穩定性研究，本裝置能更加真實的研究出納米流體的動態穩定特性。因為對於可逆沉降，採用靜態穩定性分析的方法得到的結果可能覺得納米流體分散性不佳，而採用本裝置的動態穩定性分析裝置，可以得到雖然靜態狀態下可逆沉降但是實際動態應用穩定性優異的納米流體。例如，對於換熱性能優異的Au、Ag、Cu、Al等納米流體以及其氧化物Cu0、A1203通等， 由於其金屬本身導熱係數高，其納米流體通常具有較高的換熱性能。但是這類納米顆粒由於密度較大，較重的顆粒很難長時間分散在液相基液中，雖然經過一些穩定性強化處理，但靜態穩定性一般只能持續幾天或者一周。這樣這類納米流體的應用就顯得受到限制。但是通過本發明的檢測裝置能直接檢測納米流體的動態穩定性。由於已有研究表明動態穩定性要優於靜態穩定性。所以本裝置能拓寬納米流體的應用範圍，特別是靜態下發生可逆沉降的納米流體的應用範圍。對納米流體相應的工程應用研究提供一定的指導作用。
圖1是一種使用帶槽篩板的納米流體動態穩定性的分析裝置流道與蠕動泵連結示意圖。圖2是一種使用帶槽篩板的納米流體動態穩定性的分析裝置流道形狀以及與取樣器連接示意圖。其中有上層流道蠕動泵1，下層流道蠕動泵2，下層流道3，帶槽篩板4， 上層流道5，取樣口 6，微型取樣器7，分光光度計8。
具體實施例方式本發明公開了一種使用帶槽篩板的納米流體動態穩定性的測試裝置。其主要由矩形截面的流道、帶槽篩板、微型取樣器、分光光度計、2個蠕動泵構成。其特點在於通過2個蠕動泵來提供一種穩定的運動，通過調節轉速來模擬納米流體實際運動過程，再利用分光光度計來測定吸光度研究納米流體在動態下的分散穩定性。作用方法是通過篩板(篩孔選用150目，孔徑尺寸為0. 1mm，大於普通納米顆粒團聚體)的作用，而納米流體中較大的較重的納米顆粒在流動中具有沉降的傾向性，由於篩子原理，流動過程中形成的較大較重的納米顆粒團聚體(< 0. Imm)在篩板作用下基本上匯聚於篩板下方，而穩定分散的納米顆粒則仍能停留在篩板上方。篩板上的凹槽可以用來存放大於篩孔的特別大的團聚體(大於 0. 1mm)，以免大於孔徑尺寸的納米流體團聚體堵塞篩孔。這樣可以將納米流體中穩定懸浮的小顆粒和易沉降的較大團聚體分開，再通過測定篩板上方某一高度的吸光度，便能很好的研究出納米流體的動態穩定性，從而更好地選擇與實際應用環境相匹配的納米流體。對於可逆沉降的納米流體(靜態下沉降後擾動再分散屬於可逆沉降)，相比靜態穩定性研究， 本裝置能更加真實的研究出納米流體的動態穩定特性。拓寬了能應用的納米流體範圍，對納米流體相應的工程應用研究提供一定的指導作用。其中流道總體形狀可以根據納米流體的實際應用情況設計為環形或者方形(本例採取環形流道如圖2)，蠕動泵流速也可以根據納米流體的實際應用情況調整流速大小及雷諾數。上層流道通過上層流道蠕動泵1實現特定速度的流動。下層流道調節下層流道蠕動泵2流速與上層流道蠕動泵1保持一致。將以某種配置方法製備的納米流體裝入系統流道後，在系統運行特定時間後(比如48小時或者1周)，利用帶槽篩板是納米流體中穩定分散部分與團聚體部分形成一定分離，通過取液器從取液孔特定深度位置處取液，並採用分光光度儀進行穩定性分析。通過對比各種配置方法得到的納米流體的吸光度大小，從而可以判斷出配製出的各種納米流體動態穩定性優劣程度。本發明裝置適用於納米流體動態穩定性的檢測，並特別適合於靜置下發生可逆沉降的納米流體的動態穩定性檢測。
權利要求
1.一種使用帶槽篩板的納米流體動態穩定性的測試裝置，包括流道、取樣器和分光光度計；所述流道上設有取液孔，取樣器與取液孔可拆卸連接，所述分光光度計與取樣器可拆卸連接，其特徵是所述流道分為上層流道和下層流道，上、下層流道之間設有帶槽篩板，上、 下層流道內液體流向相同；上層流道的首尾兩端通過上層流道蠕動泵連接，下層流道的首尾兩端通過下層流道蠕動泵連接；所述篩板的篩孔孔徑尺寸為0. Imm士20%。
2.根據權利要求1所述使用帶槽篩板的納米流體動態穩定性的測試裝置，其特徵是所述取液器伸入取液孔的取液深度是50mm.
3.根據權利要求1或2所述使用帶槽篩板的納米流體動態穩定性的測試裝置，其特徵是所述流道的沿流道內液體流向的截面是環形或方形。
全文摘要
本發明公開了一種使用帶槽篩板的納米流體動態穩定性的測試裝置，包括流道、取樣器和分光光度計；所述流道上設有取液孔，取樣器與取液孔可拆卸連接，所述分光光度計與取樣器可拆卸連接，其特徵是所述流道分為上層流道和下層流道，上、下層流道之間設有帶槽篩板，上、下層流道內液體流向相同；上層流道的首尾兩端通過上層流道蠕動泵連接，下層流道的首尾兩端通過下層流道蠕動泵連接；所述篩板的篩孔孔徑尺寸為0.1mm±20％。可以將納米流體中穩定懸浮的小顆粒和易沉降的較大團聚體分開，再通過測定篩板上方某一高度的吸光度，便能很好的研究出納米流體的動態穩定性，從而更好地選擇與實際應用環境相匹配的納米流體。
文檔編號G01N21/31GK102435561SQ201110269379
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月13日 優先權日2011年9月13日
發明者杜塏, 楊柳 申請人:東南大學