专利名称：一种含离子液体溶液微管流动特性及其动电参数的测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量流体流动特性及其动电參数的领域，尤其涉及一种含离子液体溶液微管流动特性及其动电參数的測量装置。
背景技术：
界面动电现象影响微细管道中流体的传递过程，当固体材料与极性溶液或电解质溶液接触吋，固体材料表面会产生表面电荷，影响邻近的液体，形成双电层，产生表面zeta电势，压カ驱动流体时溶液中的电荷重新分布形成流动电势，从而对流体产生静电力，影响流体运动，宏观表现为黏性增大，流动阻カ增加，即电黏效应。离子液体是由阴、阳离子组成，在室温或接近室温的情况下呈液态的有机熔融盐，具有取代挥发性有机化合物的趋势，其水溶液或有机溶液在微细管道中的流动具有特殊性，存在电黏效应。目前国内尚无有关測量含离子液体溶液在微细管道中流动特性及其动电參数的装置的报道。因此，开发ー种测量含离子液体溶液在微细管道中流动特性及其动电參数的实验装置，从而充分认识微尺度下的流动特性对于离子液体将来在微反应器设计、微换热器开发等应用具有重要意义。
发明内容本实用新型目的在于提供一种含离子液体溶液微管流动特性及其动电參数的测
量装置。含离子液体溶液微管流动特性及其动电參数的測量装置包括气体供压系统、测试段和数据采集系统；气体供压系统包括高压氮气瓶、减压阀、第一过滤器、第二过滤器、精密减压阀、截止阀、单向阀、快开阀、第三过滤器、盘管、储液罐、恒温槽、储气罐；高压氮气瓶、减压阀、第一过滤器、第二过滤器、精密减压阀、储气罐、截止阀、单向阀顺次相连，储液罐内设有盘管，盘管两端分别与低温恒温槽的进出口相连，储液罐下部与第三过滤器、快开阀ー端顺次相连；测试段和数据采集系统包括PtlOO测温探头、缓冲腔、第一出口阀、在线电导率传感器、第一截止阀、三通接头、第一支路、第二支路、第二截止阀、玻璃套管换热器、微细管道、第二出ロ阀、电子天平、測量电极、差压传感器、信号发生器、锁相放大器、电子计算机、数据采集卡、两通接头、氟橡胶垫圈、紧固件；玻璃套管换热器内设有微细管道，微细管道两端分别与两个两通接头一端相连，通过氟橡胶垫圈、紧固件固定；两个两通接头的另一端分别与两个缓冲腔一端相连，两个缓冲腔内分别设有測量电极，两测量电极分别与信号发生器、锁相放大器相连；两个缓冲腔下端分别设有差压传感器、Ptioo测温探头，并分别与数据采集卡、电子计算机相连；一缓冲腔上端与第一出ロ阀、第一截止阀一端相连，另ー缓冲腔上端与第二出口阀、第二截止阀一端相连；快开阀另一端与在线电导率传感器、三通接头顺次相连，从三通接头分出两支路，第一支路与第一截止阀一端相连，第二支路与第二截止阀的另一端相连。、[0006]所述缓冲腔为有机玻璃腔体，且为圆柱体。所述微细管道置于玻璃套管换热器中。本实用新型不仅能够测量流体在微细管道中流动的压降，还可以測量由于双电层存在而产生的流动电势，从而可判断电黏性对含离子液体溶液流动特性的影响程度，还能得到壁面zeta电势和比表面电导率。通过连接在线电导率仪，不仅可以测量流体的电导率，还可以检测管路是否清洗干净。所采用的气体供压系统具有供压平稳、易于调节、操作安全的特点。将管路设计成回路形式，以及增加出口阀，从而通过控制阀门开关即可改变流体的流向，方便重复测量和管路清洗。測量温度、压降及电导率装置均由导线连接到计算机，能在计算机上实时显示和采集数据，可以实现远程操控。
图I含离子液体溶液微管流动特性及其动电參数的測量装置的示意图；图2测试段沿管线方向的剖面图；图中，高压氮气瓶I、减压阀2、第一过滤器3、第二过滤器4、精密减压阀5、截止阀·6、单向阀7、快开阀8、第三过滤器9、盘管10、储液罐11、恒温槽12、储气罐13、PtlOO测温探头14、缓冲腔15、第一出口阀16、在线电导率传感器17、第一截止阀18、第一支路19、三通接头20、第二支路21、第二截止阀22、玻璃套管换热器23、微细管道24、第二出ロ阀25、电子天平26、測量电极27、差压传感器28、信号发生器29、锁相放大器30、电子计算机31、数据采集卡32、两通接头33、氟橡胶垫圈34、紧固件35。
具体实施方式
如图所示，含离子液体溶液微管流动特性及其动电參数的測量装置包括气体供压系统、储液罐、测试段和数据采集系统；气体供压系统包括高压氮气瓶I、减压阀2、第一过滤器3、第二过滤器4、精密减压阀5、截止阀6、单向阀7、快开阀8、第三过滤器9、盘管10、储液罐11、恒温槽12、储气罐13 ;高压氮气瓶I、减压阀2、第一过滤器3、第二过滤器4、精密减压阀5、储气罐13、截止阀6、单向阀7顺次相连，储液罐11内设有盘管10，盘管10两端分别与低温恒温槽12的进出ロ相连，储液罐11下部与第三过滤器9、快开阀8 一端顺次相连；测试段和数据采集系统包括PtlOO测温探头14、缓冲腔15、第一出口阀16、在线电导率传感器17、第一截止阀18、三通接头19、第一支路20、第二支路21、第二截止阀22、玻璃套管换热器23、微细管道24、第二出ロ阀25、电子天平26、測量电极27、差压传感器28、信号发生器29、锁相放大器30、电子计算机31、数据采集卡32、两通接头33、氟橡胶垫圈34、紧固件35 ;玻璃套管换热器23内设有微细管道24，微细管道24两端分别与两个两通接头33 一端相连，通过氟橡胶垫圈34、紧固件35固定；两个两通接头33的另一端分别与两个缓冲腔15 —端相连，两个缓冲腔15内分别设有測量电极27，两测量电极27分别与信号发生器29、锁相放大器30相连；两个缓冲腔15下端分别设有差压传感器28、Ptl00测温探头14，并分别与数据采集卡32、电子计算机31相连；一缓冲腔15上端与第一出ロ阀16、第一截止阀18 —端相连，另ー缓冲腔15上端与第二出ロ阀25、第二截止阀22 —端相连；快开阀8另一端与在线电导率传感器17、三通接头20顺次相连，从三通接头20分出两支路，第ー支路19与第一截止阀18 —端相连,第二支路21与第二截止阀22的另一端相连。所述流动管路为回路，且在所述流动回路中设置出口及出口阀，从而通过控制阀门开关即可改变流体的流向，方便重复测量和管路清洗。所述微管道通过塑料两通接头、氟橡胶垫圈、紧固件固定，便于更换不同管径的微管。微通道两端均处于测压孔的内侧并与测压孔保持l_2mm距离，使得流量稳定时测压孔处的压カ比较稳定。所述缓冲腔为不导电的有机玻璃腔体，可减小环境附加电场对流动电势测量的干扰，将其设计成圆柱体，可避免气泡在壁面处堆积而导致流动阻カ变化。所述测量电位势装置连接到锁相放大器，避免噪声影响，測量温度、压降、电导率装置经过数据采集卡连接到计算机，能在计算机上实时显示和采集数据。所述玻璃套管式换热器能确保避免由于与环境的热交换而导致流体进出ロ温度的差別。所述气体供压系统通过减压阀、精密减压阀实现压カ粗调、细调；所述储气罐能使氮气流动更加平稳，从而提供更加稳定的压力；所述单向阀可预防液体回流；所述过滤器用于去除氮气、被测液体中的杂质，防止进入微管道造成堵塞。測量含离子液体溶液微管流动特性及其动电參数的实验装置，其数据处理方法如下通常流动特性也称为压降特性，实验中测得的是微管道単位时间内的质量流量Q，kg/s，则微管道内流体的平均速度u为-U=~(I)
ρπα微管内雷诺数Re的计算公式为
pdu, \Re =--(2)
μ式中P为流体密度，kg/m3 ；u为流体平均速度，m/s ;d为圆形微管道直径，m ； μ是流体的动カ黏度，Pa · S。根据经典理论，常规尺度下管内的层流为充分发展满足Poiseuille流，摩擦阻力常数，即Poisuille值f · Re可由下式计算，即Hagen-Poisuille解。
64=/.Re=ん理论叩 d4(3)
L Ιμ-Q实验中测得的压差APttrtal包括三个部分流体流过微管道的压差ΛΡ、微管道进ロ处流道突然缩小引起的局部压差ΛΡ。以及出口处流道突然扩大引起的局部压差ΛΡε。ΔΡ = Kc(4)
c c 2AP =K(5)
2式中，K。、も分别为突然縮小阻力系数、突然扩大阻力系数。可分别由以下公式计算。Kc = O-S(I-A1A2) (6)Ke = (I-A1A2)2(7)式中，ApA2分别为微管道的横截面积、与微管道相连的缓冲腔的横截面积。因此，压降ΛΡ可由下式求得。ΔΡ= APtotal-APc-APe (8)通过实验测得的APtotal计算出ΛΡ，发现其比经典流动的APaife偏大，考虑到可能由于电黏性而导致流体的阻力増大，故根据以下理论模型进行验证。根据静电理论，壁面静电势Ψ与溶液中单位体积内的电荷密度P e的分布可用柱坐标中无因次Poisson-Boltzmann方程描述
权利要求1.一种含离子液体溶液微管流动特性及其动电參数的測量装置，其特征在于包括气体供压系统、测试段和数据采集系统；气体供压系统包括高压氮气瓶(I)、减压阀(2)、第一过滤器(3)、第二过滤器(4)、精密减压阀(5)、截止阀(6)、单向阀(7)、快开阀(8)、第三过滤器(9)、盘管(10)、储液罐(11)、低温恒温槽(12)、储气罐(13);高压氮气瓶(I)、减压阀(2)、第一过滤器(3)、第二过滤器(4)、精密减压阀(5)、储气罐(13)、截止阀(6)、单向阀(7)顺次相连，储液罐(11)内设有盘管(10)，盘管(10)两端分别与恒温槽(12)的进出口相连，储液罐(11)下部与第三过滤器(9)、快开阀(8) —端顺次相连；测试段和数据采集系统包括PtlOO测温探头(14)、缓冲腔(15)、第一出口阀(16)、在线电导率传感器(17)、第一截止阀(18)、第一支路(19)、三通接头(20)、第二支路(21)、第二截止阀(22)、玻璃套管换热器(23)、微细管道(24)、第二出口阀(25)、电子天平(26)、測量电极(27)、差压传感器(28)、信号发生器(29)、锁相放大器(30)、电子计算机(31)、数据采集卡(32)、两通接头(33)、氟橡胶垫圈(34)、紧固件(35);玻璃套管换热器(23)内设有微细管道(24)，微细管道(24)两端分别与两个两通接头(33)—端相连，通过氟橡胶垫圈(34)、紧固件(35)固定；两个两通接头(33)的另一端分别与两个缓冲腔(15)—端相连，两个缓冲腔(15)内分别设有測量电极(27)，两测量电极(27)分别与信号发生器(29)、锁相放大器(30)相连；两个缓冲腔(15)下端分别设有差压传感器(28)、PtlOO测温探头(14)，并分别与数据采集卡(32)、电子计算机(31)相连；一缓冲腔(15)上端与第一出ロ阀(16)、第一截止阀(18) 一端相连，另ー缓冲腔(15)上端与第二出口阀(25)、第二截止阀(22)—端相连；快开阀(8)另一端与在线电导率传感器(17)、三通接头(20)顺次相连，从三通接头(20)分出两支路，第一支路(19)与第一截止阀(18) —端相连，第二支路(21)与第二截止阀(22)的另一端相连。
2.根据权利要求I所述的ー种含离子液体溶液微管流动特性及其动电參数的測量装置，其特征在于所述缓冲腔(15)为有机玻璃腔体，且为圆柱体。
3.根据权利要求I所述的ー种含离子液体溶液微管流动特性及其动电參数的測量装置，其特征在于所述微细管道(24)置于玻璃套管换热器(23)中。
专利摘要本实用新型公开了一种含离子液体溶液微管流动特性及其动电参数的测量装置。它包括气体供压系统、储液罐、测试段和数据采集系统。气体供压系统由高压氮气瓶、精密减压阀等组成。测试段中的塑料两通接头一端与微细管道相连，另一端与缓冲腔相连，缓冲腔下方连有差压传感器、Pt100测温探头，侧面引出一对测量电极，与锁相放大器、信号发生器相连，流体进出口管道上各设有截止阀及出口阀，总管上连接有在线电导率传感器。本实用新型通过测量流动的压降以及由于双电层存在而产生的流动电势，不仅可判断电黏性对流体流动特性的影响程度，还可得到壁面zeta电势和比表面电导率。该装置具有稳定、可靠、操作简便的特点，通过计算机完成数据采集，可实现远程操控。
文档编号G01R27/02GK202453272SQ20122002228
公开日2012年9月26日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者何潮洪, 吴可君, 周颖, 林真, 沈剑, 陈巧丽, 陈菡 申请人:浙江大学
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