[發(fā)明專利]同時(shí)測量毛細(xì)壓力、滲透率和毛細(xì)性能參數(shù)的方法及裝置

在審

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• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN108776099A
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周文斌;胡學(xué)功;何雨
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 李坤

本公開提供一種同時(shí)測量毛細(xì)壓力、滲透率和毛細(xì)性能參數(shù)的方法及裝置，該裝置包括：儲液模塊、固定模塊、潤濕高度獲取模塊以及計(jì)算模塊，儲液模塊用于盛放液體工質(zhì)；固定模塊用于固定被測物體，并使被測物體的底端沒入液體工質(zhì)的液面以下；潤濕高度獲取模塊用于獲取液體工質(zhì)在被測物體內(nèi)毛細(xì)升高過程中不同時(shí)間對應(yīng)的潤濕高度，計(jì)算模塊用于計(jì)算被測物體的毛細(xì)壓力、滲透率和毛細(xì)性能參數(shù)。本公開提供的同時(shí)測量毛細(xì)壓力、滲透率和毛細(xì)性能的方法及裝置具有簡捷、便利、易實(shí)現(xiàn)、低成本、可大規(guī)模拓展等優(yōu)勢，能夠快速、簡便地實(shí)現(xiàn)開放式微通道基毛細(xì)結(jié)構(gòu)的毛細(xì)性能的綜合評價(jià)，具有重要的科學(xué)價(jià)值和工程應(yīng)用意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及微流體管理及相變傳熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種同時(shí)測量毛細(xì)壓力、滲透率和毛細(xì)性能參數(shù)的方法及裝置。

背景技術(shù)

毛細(xì)壓力驅(qū)動(dòng)的液體流動(dòng)和氣液相變現(xiàn)象普遍存在于自然界和工業(yè)過程中，在許多應(yīng)用中表現(xiàn)出非常重要的作用，比如海水脫鹽和淡水純化、微流體管理、高效的熱質(zhì)傳遞，尤其是高功率密度電子器件冷卻。被動(dòng)式的兩相傳熱器件，如熱管、毛細(xì)微槽蒸發(fā)器、蒸汽腔等，能有效解決制約當(dāng)今電子工業(yè)發(fā)展的熱管理瓶頸問題，具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的部件是這些器件的核心部件，其毛細(xì)性能決定了兩相傳熱器件的最大取熱能力。在評價(jià)毛細(xì)結(jié)構(gòu)的毛細(xì)性能時(shí)，毛細(xì)壓力ΔP_cap和滲透率K是兩個(gè)最重要的獨(dú)立參數(shù)，毛細(xì)壓力反映了驅(qū)動(dòng)液體在毛細(xì)結(jié)構(gòu)中流動(dòng)的動(dòng)力大小，滲透率反映了液體在毛細(xì)結(jié)構(gòu)中流動(dòng)時(shí)受到的阻力大小，毛細(xì)性能參數(shù)S₁可以表達(dá)為兩者的乘積，即S₁＝K·ΔP_cap。

目前主要有兩種毛細(xì)結(jié)構(gòu)，一種是傳統(tǒng)的燒結(jié)金屬粉末形成的多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)，另一種是開放式微通道毛細(xì)結(jié)構(gòu)，也包括對微通道表面修飾微米結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)而形成的基于開放式微通道的復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以統(tǒng)稱為開放式微通道基毛細(xì)結(jié)構(gòu)。通常在計(jì)算毛細(xì)結(jié)構(gòu)的毛細(xì)性能參數(shù)時(shí)，除了測量其他參數(shù)以外，還需要知道毛細(xì)結(jié)構(gòu)的滲透率。對于燒結(jié)金屬粉末多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)，可以用Blake-Kozeny方程計(jì)算其滲透率。

然而在實(shí)現(xiàn)本公開的過程中，本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于開放式微通道基毛細(xì)結(jié)構(gòu)，通常利用強(qiáng)迫液體流動(dòng)法測量滲透率，該方法的實(shí)驗(yàn)裝置涉及的主要部件有高壓氣瓶、過濾器、內(nèi)含加熱器的蓄水池、密封測試腔、進(jìn)出水管道、壓力傳感器、精密天平等，測試裝置和流程較為復(fù)雜，耗時(shí)較多。缺乏一種能同時(shí)測量開放式微通道基毛細(xì)結(jié)構(gòu)的毛細(xì)壓力、滲透率和毛細(xì)性能參數(shù)的方法及裝置。

公開內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

基于上述技術(shù)問題，本公開提供一種同時(shí)測量毛細(xì)壓力、滲透率和毛細(xì)性能參數(shù)的方法及裝置，以緩解現(xiàn)有技術(shù)中缺乏一種能同時(shí)測量開放式微通道基毛細(xì)結(jié)構(gòu)的毛細(xì)壓力、滲透率和毛細(xì)性能參數(shù)的方法及裝置的技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供一種同時(shí)測量毛細(xì)壓力、滲透率和毛細(xì)性能參數(shù)的方法，包括：

步驟A：獲取被測物體的幾何尺寸，計(jì)算被測物體的孔隙率；

步驟B：固定被測物體，使被測物體的底端沒入液體工質(zhì)的液面以下；

步驟C：獲取液體工質(zhì)在被測物體內(nèi)毛細(xì)升高過程中不同時(shí)間對應(yīng)的潤濕高度，得到潤濕速度；

步驟D：根據(jù)液體工質(zhì)的物理性質(zhì)參數(shù)、被測物體的孔隙率及液體工質(zhì)在被測物體內(nèi)不同時(shí)間對應(yīng)的潤濕高度、潤濕速度計(jì)算所述被測物體的毛細(xì)壓力、滲透率和毛細(xì)性能參數(shù)。

在本公開的一些實(shí)施例中，所述步驟A中：若被測物體為開放式微通道基毛細(xì)結(jié)構(gòu)，通過下式計(jì)算被測物體的孔隙率ε：

其中，A₁為開放式微通道基毛細(xì)結(jié)構(gòu)中微通道橫截面積，A₂為肋片的橫截面積。