[發明專利]一種適用于測量流體近臨界區域粘度的裝置及方法

有效

• 申請號: 201710632837.1
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107328690B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 張穎;何茂剛;劉向陽;鄭宇
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

本發明提供一種適用于測量流體近臨界區域粘度的裝置及方法，該裝置包括偏振光路、實驗單元、散射光路和檢測分析單元，其中，激光器發出的激光經可調衰減片衰減、偏振分光棱鏡偏振分光、透鏡匯聚后射入實驗本體，實驗本體產生的散射光經過光闌和遮光筒后被光子計數器檢測，并通過數字相關器將檢測結果傳輸到分析器；分析器根據檢測的結果，通過計算得到待測流體的近臨界區域粘度；其中實驗單元包括用于承載待測流體的實驗本體以及使得待測流體達到近臨界區域的溫度壓力控制系統；其中，電加熱器和溫控儀用于控制待測流體的溫度，待測液體加壓泵入裝置用于控制待測流體的壓力，測量電路實現對待測流體的壓力和溫度的檢測。

技術領域

本發明屬于流體熱物理性質測量技術領域，涉及一種適用于測量流體近臨界區域粘度的裝置及方法。

背景技術

粘度是流體抵抗剪切形變的一種性質，是流體主要的熱物理性質參數之一，粘度及其測量涉及科學研究及工程實踐的許多領域。粘度測量是控制生產流程、保證安全生產、控制與評定產品質量及科學研究的重要手段，在石油、化工、醫藥、交通、冶金、航天航空等諸多領域均有著廣泛的應用。

粘度測量的常規方法主要包括：毛細管法、落球法、旋轉法、振動法四種。毛細管法是一種應用最為廣泛的粘度測量方法，具有設備簡單，價格低廉，實驗操作方便等優點，但由于毛細管形狀、流體本身屬性等因素，需對工作方程進行修正，且易被堵塞，不易清洗；落球法多用于粘度較大流體測量，但其測量精度會受到落球本身尺寸精度的影響；旋轉法粘度測量適用范圍廣，使用方便，但測量時易發生內筒偏心、待測流體壁面滑移等現象，影響測量精度；振動法常用于低粘度液體或氣體粘度的測量，但由于吊絲本身扭轉形變大，易引起塑性變形和較大內摩擦，影響測量精度。

多年來，上述粘度測量方法原理的逐步完善和裝置的不斷改進，使其測量精度和溫度/壓力工作范圍均有了大幅提升。然而，這些方法卻極少涉及流體近臨界熱力學不穩定區域的粘度測量。究其原因在于：臨界點附近屬于物質熱力學狀態高度不穩定區域，物質密度漲落使得粘度產生明顯的奇異性，粘度在近臨界區會出現超常的急劇變化，使得上述測量方法在該區域粘度測量上存在明顯的局限性。導致其局限性的核心問題在于：上述測量方法的實驗原理均建立在描述宏觀傳遞過程的物理數學模型基礎上(如：毛細管粘度測量法中的管道層流模型)，利用上述方法開展粘度測量的首要技術環節就是借助相應的裝置建立一定的勢差，以形成并維持穩定可測的宏觀動量傳遞梯度。然而，當流體的熱力學狀態處于其近臨界區域時，粘度在密度漲落的作用下呈現出的超常變化，使得建立穩定可測的宏觀動量傳遞梯度和保持待測流體熱力學狀態一致(熱物性測量的基本要求)成為了一對不可調和的矛盾。這一核心問題導致上述方法測量得到的粘度實驗結果在接近待測流體臨界點時往往復現性差、準確度低，甚至無法開展測量。

近年來，跨/超臨界狀態下的工作流體被廣泛應用到了能量傳遞和轉化系統中，如：跨/超臨界熱動力循環中的工質、高超飛行器中的吸熱型燃料、超臨界萃取中的生物燃料等。這些工質在其流變過程和能/質傳遞過程中，熱力學狀態會經常性跨越臨界點，而在臨界點附近的近臨界區域其熱物性多表現為超常急劇變化。精細表征工質在跨越臨界區的流動和能/質傳遞特性，必須首先掌握近臨界區域內，工質粘度等熱物性的變化規律。

鑒于此，本發明的主旨就在于建立一種適用于測量流體近臨界區域內粘度的測量裝置和方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于測量流體近臨界區域粘度的裝置及方法，其不必直接接觸待測流體，測量過程中待測流體處于宏觀熱力學平衡狀態，無需外加宏觀速度梯度，僅用激光提取粘度信息，對系統平衡不存在干擾，適用于流體臨界區域液相粘度的測量。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種適用于測量流體近臨界區域粘度的裝置，包括偏振光路、實驗單元、散射光路和檢測分析單元，其中，