一種含離子液體溶液微管流動特性及其動電參數的測量裝置的製作方法
2023-10-04 15:11:39
專利名稱：一種含離子液體溶液微管流動特性及其動電參數的測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及測量流體流動特性及其動電參數的領域，尤其涉及一種含離子液體溶液微管流動特性及其動電參數的測量裝置。
背景技術：
界面動電現象影響微細管道中流體的傳遞過程，當固體材料與極性溶液或電解質溶液接觸吋，固體材料表面會產生表面電荷，影響鄰近的液體，形成雙電層，產生表面zeta電勢，壓カ驅動流體時溶液中的電荷重新分布形成流動電勢，從而對流體產生靜電力，影響流體運動，宏觀表現為黏性增大，流動阻カ增加，即電黏效應。離子液體是由陰、陽離子組成，在室溫或接近室溫的情況下呈液態的有機熔融鹽，具有取代揮發性有機化合物的趨勢，其水溶液或有機溶液在微細管道中的流動具有特殊性，存在電黏效應。目前國內尚無有關測量含離子液體溶液在微細管道中流動特性及其動電參數的裝置的報導。因此，開發ー種測量含離子液體溶液在微細管道中流動特性及其動電參數的實驗裝置，從而充分認識微尺度下的流動特性對於離子液體將來在微反應器設計、微換熱器開發等應用具有重要意義。
發明內容本實用新型目的在於提供一種含離子液體溶液微管流動特性及其動電參數的測
量裝置。含離子液體溶液微管流動特性及其動電參數的測量裝置包括氣體供壓系統、測試段和數據採集系統；氣體供壓系統包括高壓氮氣瓶、減壓閥、第一過濾器、第二過濾器、精密減壓閥、截止閥、單向閥、快開閥、第三過濾器、盤管、儲液罐、恆溫槽、儲氣罐；高壓氮氣瓶、減壓閥、第一過濾器、第二過濾器、精密減壓閥、儲氣罐、截止閥、單向閥順次相連，儲液罐內設有盤管，盤管兩端分別與低溫恆溫槽的進出口相連，儲液罐下部與第三過濾器、快開閥ー端順次相連；測試段和數據採集系統包括PtlOO測溫探頭、緩衝腔、第一出口閥、在線電導率傳感器、第一截止閥、三通接頭、第一支路、第二支路、第二截止閥、玻璃套管換熱器、微細管道、第二出ロ閥、電子天平、測量電極、差壓傳感器、信號發生器、鎖相放大器、電子計算機、數據採集卡、兩通接頭、氟橡膠墊圈、緊固件；玻璃套管換熱器內設有微細管道，微細管道兩端分別與兩個兩通接頭一端相連，通過氟橡膠墊圈、緊固件固定；兩個兩通接頭的另一端分別與兩個緩衝腔一端相連，兩個緩衝腔內分別設有測量電極，兩測量電極分別與信號發生器、鎖相放大器相連；兩個緩衝腔下端分別設有差壓傳感器、Ptioo測溫探頭，並分別與數據採集卡、電子計算機相連；一緩衝腔上端與第一出ロ閥、第一截止閥一端相連，另ー緩衝腔上端與第二出口閥、第二截止閥一端相連；快開閥另一端與在線電導率傳感器、三通接頭順次相連，從三通接頭分出兩支路，第一支路與第一截止閥一端相連，第二支路與第二截止閥的另一端相連。、[0006]所述緩衝腔為有機玻璃腔體，且為圓柱體。所述微細管道置於玻璃套管換熱器中。本實用新型不僅能夠測量流體在微細管道中流動的壓降，還可以測量由於雙電層存在而產生的流動電勢，從而可判斷電黏性對含離子液體溶液流動特性的影響程度，還能得到壁面zeta電勢和比表面電導率。通過連接在線電導率儀，不僅可以測量流體的電導率，還可以檢測管路是否清洗乾淨。所採用的氣體供壓系統具有供壓平穩、易於調節、操作安全的特點。將管路設計成迴路形式，以及增加出口閥，從而通過控制閥門開關即可改變流體的流向，方便重複測量和管路清洗。測量溫度、壓降及電導率裝置均由導線連接到計算機，能在計算機上實時顯示和採集數據，可以實現遠程操控。
圖I含離子液體溶液微管流動特性及其動電參數的測量裝置的示意圖；圖2測試段沿管線方向的剖面圖；圖中，高壓氮氣瓶I、減壓閥2、第一過濾器3、第二過濾器4、精密減壓閥5、截止閥·6、單向閥7、快開閥8、第三過濾器9、盤管10、儲液罐11、恆溫槽12、儲氣罐13、PtlOO測溫探頭14、緩衝腔15、第一出口閥16、在線電導率傳感器17、第一截止閥18、第一支路19、三通接頭20、第二支路21、第二截止閥22、玻璃套管換熱器23、微細管道24、第二出ロ閥25、電子天平26、測量電極27、差壓傳感器28、信號發生器29、鎖相放大器30、電子計算機31、數據採集卡32、兩通接頭33、氟橡膠墊圈34、緊固件35。
具體實施方式
如圖所示，含離子液體溶液微管流動特性及其動電參數的測量裝置包括氣體供壓系統、儲液罐、測試段和數據採集系統；氣體供壓系統包括高壓氮氣瓶I、減壓閥2、第一過濾器3、第二過濾器4、精密減壓閥5、截止閥6、單向閥7、快開閥8、第三過濾器9、盤管10、儲液罐11、恆溫槽12、儲氣罐13 ;高壓氮氣瓶I、減壓閥2、第一過濾器3、第二過濾器4、精密減壓閥5、儲氣罐13、截止閥6、單向閥7順次相連，儲液罐11內設有盤管10，盤管10兩端分別與低溫恆溫槽12的進出ロ相連，儲液罐11下部與第三過濾器9、快開閥8 一端順次相連；測試段和數據採集系統包括PtlOO測溫探頭14、緩衝腔15、第一出口閥16、在線電導率傳感器17、第一截止閥18、三通接頭19、第一支路20、第二支路21、第二截止閥22、玻璃套管換熱器23、微細管道24、第二出ロ閥25、電子天平26、測量電極27、差壓傳感器28、信號發生器29、鎖相放大器30、電子計算機31、數據採集卡32、兩通接頭33、氟橡膠墊圈34、緊固件35 ;玻璃套管換熱器23內設有微細管道24，微細管道24兩端分別與兩個兩通接頭33 一端相連，通過氟橡膠墊圈34、緊固件35固定；兩個兩通接頭33的另一端分別與兩個緩衝腔15 —端相連，兩個緩衝腔15內分別設有測量電極27，兩測量電極27分別與信號發生器29、鎖相放大器30相連；兩個緩衝腔15下端分別設有差壓傳感器28、Ptl00測溫探頭14，並分別與數據採集卡32、電子計算機31相連；一緩衝腔15上端與第一出ロ閥16、第一截止閥18 —端相連，另ー緩衝腔15上端與第二出ロ閥25、第二截止閥22 —端相連；快開閥8另一端與在線電導率傳感器17、三通接頭20順次相連，從三通接頭20分出兩支路，第ー支路19與第一截止閥18 —端相連,第二支路21與第二截止閥22的另一端相連。所述流動管路為迴路，且在所述流動迴路中設置出口及出口閥，從而通過控制閥門開關即可改變流體的流向，方便重複測量和管路清洗。所述微管道通過塑料兩通接頭、氟橡膠墊圈、緊固件固定，便於更換不同管徑的微管。微通道兩端均處於測壓孔的內側並與測壓孔保持l_2mm距離，使得流量穩定時測壓孔處的壓カ比較穩定。所述緩衝腔為不導電的有機玻璃腔體，可減小環境附加電場對流動電勢測量的幹擾，將其設計成圓柱體，可避免氣泡在壁面處堆積而導致流動阻カ變化。所述測量電位勢裝置連接到鎖相放大器，避免噪聲影響，測量溫度、壓降、電導率裝置經過數據採集卡連接到計算機，能在計算機上實時顯示和採集數據。所述玻璃套管式換熱器能確保避免由於與環境的熱交換而導致流體進出ロ溫度的差別。所述氣體供壓系統通過減壓閥、精密減壓閥實現壓カ粗調、細調；所述儲氣罐能使氮氣流動更加平穩，從而提供更加穩定的壓力；所述單向閥可預防液體回流；所述過濾器用於去除氮氣、被測液體中的雜質，防止進入微管道造成堵塞。測量含離子液體溶液微管流動特性及其動電參數的實驗裝置，其數據處理方法如下通常流動特性也稱為壓降特性，實驗中測得的是微管道単位時間內的質量流量Q，kg/s，則微管道內流體的平均速度u為-U=~(I)
ρπα微管內雷諾數Re的計算公式為
pdu, \Re =--(2)
μ式中P為流體密度，kg/m3 ；u為流體平均速度，m/s ;d為圓形微管道直徑，m ； μ是流體的動カ黏度，Pa · S。根據經典理論，常規尺度下管內的層流為充分發展滿足Poiseuille流，摩擦阻力常數，即Poisuille值f · Re可由下式計算，即Hagen-Poisuille解。
64=/.Re=ん理論叩 d4(3)
L Ιμ-Q實驗中測得的壓差APttrtal包括三個部分流體流過微管道的壓差ΛΡ、微管道進ロ處流道突然縮小引起的局部壓差ΛΡ。以及出口處流道突然擴大引起的局部壓差ΛΡε。ΔΡ = Kc(4)
c c 2AP =K(5)
2式中，K。、も分別為突然縮小阻力係數、突然擴大阻力係數。可分別由以下公式計算。Kc = O-S(I-A1A2) (6)Ke = (I-A1A2)2(7)式中，ApA2分別為微管道的橫截面積、與微管道相連的緩衝腔的橫截面積。因此，壓降ΛΡ可由下式求得。ΔΡ= APtotal-APc-APe (8)通過實驗測得的APtotal計算出ΛΡ，發現其比經典流動的APaife偏大，考慮到可能由於電黏性而導致流體的阻力増大，故根據以下理論模型進行驗證。根據靜電理論，壁面靜電勢Ψ與溶液中單位體積內的電荷密度P e的分布可用柱坐標中無因次Poisson-Boltzmann方程描述
權利要求1.一種含離子液體溶液微管流動特性及其動電參數的測量裝置，其特徵在於包括氣體供壓系統、測試段和數據採集系統；氣體供壓系統包括高壓氮氣瓶(I)、減壓閥(2)、第一過濾器(3)、第二過濾器(4)、精密減壓閥(5)、截止閥(6)、單向閥(7)、快開閥(8)、第三過濾器(9)、盤管(10)、儲液罐(11)、低溫恆溫槽(12)、儲氣罐(13);高壓氮氣瓶(I)、減壓閥(2)、第一過濾器(3)、第二過濾器(4)、精密減壓閥(5)、儲氣罐(13)、截止閥(6)、單向閥(7)順次相連，儲液罐(11)內設有盤管(10)，盤管(10)兩端分別與恆溫槽(12)的進出口相連，儲液罐(11)下部與第三過濾器(9)、快開閥(8) —端順次相連；測試段和數據採集系統包括PtlOO測溫探頭(14)、緩衝腔(15)、第一出口閥(16)、在線電導率傳感器(17)、第一截止閥(18)、第一支路(19)、三通接頭(20)、第二支路(21)、第二截止閥(22)、玻璃套管換熱器(23)、微細管道(24)、第二出口閥(25)、電子天平(26)、測量電極(27)、差壓傳感器(28)、信號發生器(29)、鎖相放大器(30)、電子計算機(31)、數據採集卡(32)、兩通接頭(33)、氟橡膠墊圈(34)、緊固件(35);玻璃套管換熱器(23)內設有微細管道(24)，微細管道(24)兩端分別與兩個兩通接頭(33)—端相連，通過氟橡膠墊圈(34)、緊固件(35)固定；兩個兩通接頭(33)的另一端分別與兩個緩衝腔(15)—端相連，兩個緩衝腔(15)內分別設有測量電極(27)，兩測量電極(27)分別與信號發生器(29)、鎖相放大器(30)相連；兩個緩衝腔(15)下端分別設有差壓傳感器(28)、PtlOO測溫探頭(14)，並分別與數據採集卡(32)、電子計算機(31)相連；一緩衝腔(15)上端與第一出ロ閥(16)、第一截止閥(18) 一端相連，另ー緩衝腔(15)上端與第二出口閥(25)、第二截止閥(22)—端相連；快開閥(8)另一端與在線電導率傳感器(17)、三通接頭(20)順次相連，從三通接頭(20)分出兩支路，第一支路(19)與第一截止閥(18) —端相連，第二支路(21)與第二截止閥(22)的另一端相連。
2.根據權利要求I所述的ー種含離子液體溶液微管流動特性及其動電參數的測量裝置，其特徵在於所述緩衝腔(15)為有機玻璃腔體，且為圓柱體。
3.根據權利要求I所述的ー種含離子液體溶液微管流動特性及其動電參數的測量裝置，其特徵在於所述微細管道(24)置於玻璃套管換熱器(23)中。
專利摘要本實用新型公開了一種含離子液體溶液微管流動特性及其動電參數的測量裝置。它包括氣體供壓系統、儲液罐、測試段和數據採集系統。氣體供壓系統由高壓氮氣瓶、精密減壓閥等組成。測試段中的塑料兩通接頭一端與微細管道相連，另一端與緩衝腔相連，緩衝腔下方連有差壓傳感器、Pt100測溫探頭，側面引出一對測量電極，與鎖相放大器、信號發生器相連，流體進出口管道上各設有截止閥及出口閥，總管上連接有在線電導率傳感器。本實用新型通過測量流動的壓降以及由於雙電層存在而產生的流動電勢，不僅可判斷電黏性對流體流動特性的影響程度，還可得到壁面zeta電勢和比表面電導率。該裝置具有穩定、可靠、操作簡便的特點，通過計算機完成數據採集，可實現遠程操控。
文檔編號G01R27/02GK202453272SQ20122002228
公開日2012年9月26日 申請日期2012年1月18日 優先權日2012年1月18日
發明者何潮洪, 吳可君, 周穎, 林真, 沈劍, 陳巧麗, 陳菡 申請人:浙江大學