[實用新型]一種多孔介質滲透率的測量裝置

有效

• 申請號: 202021038117.6
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN212254999U
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 譚思聰;王濤;郭聰;姜玉雁
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本實用新型提供了一種多孔介質滲透率的測量裝置，測量裝置包括：計量驅動單元(1)，用于驅動液體流動并測量液體流量；樣本測量單元(2)，包括多孔介質安裝框架(21)、可視窗(22)、流體入口(23)、流體出口(24)、壓力檢測裝置以及腔體(25)，其中，多孔介質設于多孔介質安裝框架(21)的內底面，可視窗(22)密封多孔介質安裝框架(21)的開口并與多孔介質形成腔體(25)，壓力檢測裝置貫通多孔介質安裝框架(21)的底面并與多孔介質接觸，流體入口(23)與計量驅動單元連接用于使液體流入，流體出口(24)用于使液體流出；壓力控制單元(5)，用于控制腔體(25)內部的壓力。

技術領域

本申請涉及熱管技術領域，尤其涉及一種多孔介質滲透率的測量裝置。

背景技術

熱管作為一種高效的傳熱器件，被廣泛的應用在電子器件散熱、空調、火電廠、航空航天、船舶等諸多領域。熱管按照工作液體回流動力一般可分為有芯熱管、重力熱管(又稱為兩相閉式熱虹吸管)、重力輔助熱管、旋轉熱管、電流體動力熱管、磁流體動力熱管、滲透熱管等。有芯熱管一般利用多孔介質的毛細壓力提供動力。在逆重力形式下，毛細壓力(ΔP_c)克服多孔介質中的液相流動阻力(ΔP₁)、通道中的汽相流動阻力(ΔP_v)和重力(ΔP_g)，從而使得液體可以源源不斷的從冷凝段流向蒸發段。即：ΔP_c≥ΔP_l+ΔP_v+ΔP_g。當毛細壓力不足以提供三者合力的時候，則達到毛細極限，熱管蒸發段會發生干燒造成傳熱惡化。對熱管中的毛細力、汽相阻力和液相阻力進行準確的定量計算是熱管精確設計必不可少的步驟。數值仿真對于通道內單相計算比較準確，因此，汽相流動阻力可以通過數值仿真的方法進行計算。但對于多孔介質的流動阻力計算，數值仿真方法還很不成熟，所以一般用實驗手段對多孔介質的流動阻力進行測量。多孔介質流動阻力的表達式，即根據Darcy定律為：ΔP_f＝μmL/(ρAK)，其中，ΔP_f為多孔介質流動方向兩點之間流動阻力，μ為液體的動力粘度，m為質量流量(量綱kg/s)，L為流動方向兩點之間多孔介質長度，A為流動橫截面積，K為滲透率(量綱m²)。式中的滲透率K是與多孔介質的孔隙率、孔徑大小等幾何尺度有關，需要經過測量獲得。

現有的多孔介質滲透率測量，常用強制流動方法，如圖1所示，壓力變化可通過沿程阻力測量裝置測得(如毛細管液位計，或者靈敏的壓力傳感器)，流量可用量筒計量或者直接用泵設定流量。實際上，多孔介質的滲透率受具體工況下邊界條件的影響，邊界條件一般可分為除流動方向外四周封閉邊界條件，如圖2a(前后也封閉)，以及一側或者多側處于開口的情形，如圖2b所示。如果多孔介質沿流動方向側面有開口，那么用圖1中的強制流動方法所測的值當成該情形下的滲透率會造成一定誤差，因為一側開口與四周封閉邊界條件相比有兩點不同：第一點是開口側多孔介質表面的液體與外部汽相之間會形成彎月面，此時流動方向流動橫截面積與封閉情形是不同的；第二點是開口側不是無滑移邊界條件。這兩個因素造成封閉邊界條件與開口情形滲透率有所差別。如果所測多孔介質足夠厚，上述兩個因素造成的誤差相對較小，甚至這種誤差可以忽略。如果多孔介質足夠薄(厚度在0～5mm)，那么開口和封閉兩種情形下滲透率差異巨大，此時不能用圖1所示的強制流動法來測量。因為強制流動情況下流體會從多孔介質表面溢出，無法沿著流動方向形成壓力梯度。

實用新型內容

(一)要解決的技術問題

本實用新型提供了一種多孔介質滲透率的測量裝置，至少解決以上技術問題。

(二)技術方案