CN102435561B - 使用带槽筛板的纳米流体动态稳定性的测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用带槽筛板的纳米流体动态稳定性的测试装置，包括流道、取样器和分光光度计；所述流道上设有取液孔，取样器与取液孔可拆卸连接，所述分光光度计与取样器可拆卸连接，其特征是所述流道分为上层流道和下层流道，上、下层流道之间设有带槽筛板，上、下层流道内液体流向相同；上层流道的首尾两端通过上层流道蠕动泵连接，下层流道的首尾两端通过下层流道蠕动泵连接；所述筛板的筛孔孔径尺寸为0.1mm±20％。可以将纳米流体中稳定悬浮的小颗粒和易沉降的较大团聚体分开，再通过测定筛板上方某一高度的吸光度，便能很好的研究出纳米流体的动态稳定性，从而更好地选择与实际应用环境相匹配的纳米流体。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测纳米流体动态稳定性的分析装置。特别是静态可逆沉降的纳米流体的动态稳定性研究装置。
背景技术
纳米流体被认为具有提高换热系统能效的潜力。但悬浮在纳米流体中的纳米微粒会发生团聚和沉降，使纳米流体逐渐退化为普通流体。因此尽量减少纳米流体中纳米微粒的团聚与沉降，使纳米流体在实际使用中发挥其应有的作用。
而作为对纳米流体强化换热研究的第一步，需要能够对纳米微粒的团聚沉降特性进行评估。目前常用的纳米微粒团聚沉降特性的方法主要基于静态研究，方法主要分为沉降法、Zeta电位法、粒度观测法、以及吸光度测试等方法。
沉降法是将分散好的分散体系静置，然后观察沉降物的体积或高度。由于纳米流体沉降会形成分界面，沉降法可以真实地反应纳米微粒在液体介质中的分散稳定性，而且操作简便。该方法的不足之处是对于分散稳定性好的纳米流体而言，很难精确指出沉降界面的位置，误差比较大。并且该方法不能反映纳米流体实际应用环境（动态环境）的稳定性情况。
Zeta电位法主要是测定纳米流体的zeta电位来判断稳定性的方法。Zeta电位的绝对值越大，粉体之间的静电斥力占优势，不易团聚，说明体系分散稳定好；因此可以通过测量纳米微粒表面Zeta电位的大小来评估分散体系的分散稳定性。用该方法可以很快地得出试验结果,但是该方法是在静电稳定机制的理论基础建立起来的，而对于空间位阻机制的纳米流体该方法并不使实用。
粒度观测法是通过观测分散体系中纳米微粒的粒度或粒径分布的评估方法。分散稳定性好的分散体系中纳米微粒的尺寸应该是一次纳米微粒的尺寸。相反粒度较大者，一方面说明该体系有一定程度的团聚，另一方面说明纳米微粒在体系中所受重力影响较大，沉降速度加快，从而加速了体系的不稳定性。测量纳米微粒粒度的方法很多，如使用透射电镜和粒度分析仪等仪器。
吸光度测试法是利用纳米流体中纳米微粒对一定波长（特征波长）入射光有吸收作用，纳米微粒越多则吸收的光也越多，纳米流体的吸光度也就越大。因此可以通过测量纳米流体吸光度的方法来衡量纳米流体的稳定性，吸光度越大则说明流体中悬浮的粉体越多，也就是说其分散稳定性越好，当吸光度不再变化时则说明纳米流体中的纳米微粒达到了分散稳定的状态。
发明内容
由现有技术中的研究可知，沉降法、Zeta电位法缺乏普遍性，目前研究中基于动态稳定性的研究还很欠缺，然而纳米流体的实际应用中大部分是在流动状态下的，为了清楚研究纳米流体动态下的稳定性，所以本装置采用动态流动系统配合吸光度测试方法来进行纳米流体动态稳定性研究。
一种使用带槽筛板的纳米流体动态稳定性的测试装置，包括流道、取样器和分光光度计；所述流道上设有取液孔，取样器与取液孔可拆卸连接，所述分光光度计与取样器可拆卸连接，其特征是所述流道分为上层流道和下层流道，上、下层流道之间设有筛板，上、下层流道内液体流向相同；上层流道的首尾两端通过上层流道蠕动泵连接，下层流道的首尾两端通过下层流道蠕动泵连接；
所述筛板的筛孔孔径尺寸为0.1mm±20%。
所述取样器伸入取液孔的深度是50mm。
所述流道的沿流道内液体流向的截面是环形或方形
本装置的特点在于利用两个蠕动泵来提供动力，通过调节转速来模拟纳米流体实际运动过程，再利用分光光度计来测定吸光度研究纳米流体在动态下的分散稳定性。作用方法是通过筛板（筛孔选用150目，孔径尺寸为0.1mm，大于普通纳米颗粒团聚体）的作用，而纳米流体中较大的较重的纳米颗粒在流动中具有沉降的倾向性，由于筛子原理，流动过程中团聚形成的较大较重的纳米颗粒（<0.1mm）在筛板作用下基本上汇聚于筛板下方，而稳定分散的纳米颗粒则仍能停留在筛板上方。筛板上的凹槽可以用来存放大于筛孔的特别大的团聚体(大于0.1mm)，以免大于孔径尺寸的纳米流体团聚体堵塞筛孔。这样可以将纳米流体中稳定悬浮的小颗粒和易沉降的较大团聚体分开，再通过测定筛板上方某一高度的吸光度，便能很好的研究出纳米流体的动态稳定性，从而更好地选择与实际应用环境相匹配的纳米流体。
由于动态纳米流体颗粒扰动较大，团聚的颗粒与稳定分散的纳米颗粒掺杂在一起，如果直接取样进行稳定性研究，不论吸光度测试或者粒度分析，由于对象是纳米流体与团聚颗粒的复杂组合体，所以动态系统取样得到的结果往往较难分析其分散稳定性，本发明的关键之处在于提供稳定流动的同时，利用筛板使流动中团聚颗粒具有沉降倾向性，使纳米流体与团聚体能得到较好的分离。这样一定时间动态流动过后，团聚体由于受到较大的重力作用而自然沉降，将大部分汇聚于下层流道，而稳定分散的纳米颗粒由于颗粒之间的作用（静电机制或者空间位阻机制）能够停留在上层流道，这样，通过取样筛板上层固定高度的纳米流体进行吸光度测试或者粒度分析就能清楚得到纳米流体的动态稳定性情况，而通过取样下层流道进行粒度分析也能作为纳米颗粒团聚体机制的研究手段。
有益效果：由于动态纳米流体颗粒扰动较大，团聚的颗粒与稳定分散的纳米颗粒掺杂在一起，如果直接取样进行稳定性研究，不论吸光度测试或者粒度分析，由于对象是纳米流体与团聚颗粒的复杂组合体，所以动态系统取样得到的结果往往较难分析其分散稳定性，本发明的关键之处在于提供稳定流动的同时，利用筛板使流动中团聚颗粒具有沉降倾向性，使纳米流体与团聚体能得到较好的分离。这样一定时间动态流动过后，团聚体由于受到较大的重力作用而自然沉降，将大部分汇聚于下层流道，而稳定分散的纳米颗粒由于颗粒之间的作用（静电机制或者空间位阻机制）能够停留在上层流道，这样，通过取样筛板上层固定高度的纳米流体进行吸光度测试或者粒度分析就能清楚得到纳米流体的动态稳定性情况，而通过取样下层流道进行粒度分析也能作为纳米颗粒团聚体机制的研究手段。
对于可逆沉降的纳米流体（静态下沉降后扰动再分散属于可逆沉降），相比静态稳定性研究，本装置能更加真实的研究出纳米流体的动态稳定特性。因为对于可逆沉降，采用静态稳定性分析的方法得到的结果可能觉得纳米流体分散性不佳，而采用本装置的动态稳定性分析装置，可以得到虽然静态状态下可逆沉降但是实际动态应用稳定性优异的纳米流体。例如，对于换热性能优异的Au、Ag、Cu、Al等纳米流体以及其氧化物CuO、Al2O3通等，由于其金属本身导热系数高，其纳米流体通常具有较高的换热性能。但是这类纳米颗粒由于密度较大，较重的颗粒很难长时间分散在液相基液中，虽然经过一些稳定性强化处理，但静态稳定性一般只能持续几天或者一周。这样这类纳米流体的应用就显得受到限制。但是通过本发明的检测装置能直接检测纳米流体的动态稳定性。由于已有研究表明动态稳定性要优于静态稳定性。所以本装置能拓宽纳米流体的应用范围，特别是静态下发生可逆沉降的纳米流体的应用范围。对纳米流体相应的工程应用研究提供一定的指导作用。
附图说明
图1是一种使用带槽筛板的纳米流体动态稳定性的分析装置流道与蠕动泵链接示意图。
图2是一种使用带槽筛板的纳米流体动态稳定性的分析装置流道形状以及与取样器连接示意图。其中有：上层流道蠕动泵1，下层流道蠕动泵2，下层流道3，带槽筛板4，上层流道5，取样口6，微型取样器7，分光光度计8。
具体实施方式
本发明公开了一种使用带槽筛板的纳米流体动态稳定性的测试装置。其主要由矩形截面的流道、带槽筛板、微型取样器、分光光度计、2个蠕动泵构成。其特点在于通过2个蠕动泵来提供一种稳定的运动，通过调节转速来模拟纳米流体实际运动过程，再利用分光光度计来测定吸光度研究纳米流体在动态下的分散稳定性。作用方法是通过筛板（筛孔选用150目，孔径尺寸为0.1mm，大于普通纳米颗粒团聚体）的作用，而纳米流体中较大的较重的纳米颗粒在流动中具有沉降的倾向性，由于筛子原理，流动过程中形成的较大较重的纳米颗粒团聚体（<0.1mm）在筛板作用下基本上汇聚于筛板下方，而稳定分散的纳米颗粒则仍能停留在筛板上方。筛板上的凹槽可以用来存放大于筛孔的特别大的团聚体(大于0.1mm)，以免大于孔径尺寸的纳米流体团聚体堵塞筛孔。这样可以将纳米流体中稳定悬浮的小颗粒和易沉降的较大团聚体分开，再通过测定筛板上方某一高度的吸光度，便能很好的研究出纳米流体的动态稳定性，从而更好地选择与实际应用环境相匹配的纳米流体。对于可逆沉降的纳米流体（静态下沉降后扰动再分散属于可逆沉降），相比静态稳定性研究，本装置能更加真实的研究出纳米流体的动态稳定特性。拓宽了能应用的纳米流体范围，对纳米流体相应的工程应用研究提供一定的指导作用。
其中流道总体形状可以根据纳米流体的实际应用情况设计为环形或者方形（本例采取环形流道如图2），蠕动泵流速也可以根据纳米流体的实际应用情况调整流速大小及雷诺数。上层流道通过上层流道蠕动泵1实现特定速度的流动。下层流道调节下层流道蠕动泵2流速与上层流道蠕动泵1保持一致。将以某种配置方法制备的纳米流体装入系统流道后，在系统运行特定时间后(比如48小时或者1周），利用带槽筛板是纳米流体中稳定分散部分与团聚体部分形成一定分离，通过取样器从取液孔特定深度位置处取液，并采用分光光度仪进行稳定性分析。通过对比各种配置方法得到的纳米流体的吸光度大小，从而可以判断出配制出的各种纳米流体动态稳定性优劣程度。本发明装置适用于纳米流体动态稳定性的检测，并特别适合于静置下发生可逆沉降的纳米流体的动态稳定性检测。
Claims (3)
1.一种使用带槽筛板的纳米流体动态稳定性的测试装置，包括流道、取样器和分光光度计；所述流道上设有取液孔，取样器与取液孔可拆卸连接，所述分光光度计与取样器可拆卸连接，其特征是所述流道分为上层流道和下层流道，上、下层流道之间设有带槽筛板，上、下层流道内液体流向相同；上层流道的首尾两端通过上层流道蠕动泵连接，下层流道的首尾两端通过下层流道蠕动泵连接；
所述筛板的筛孔孔径尺寸为0.1mm±20%。
2.根据权利要求1所述使用带槽筛板的纳米流体动态稳定性的测试装置，其特征是所述取样器伸入取液孔的取液深度是50mm.
3.根据权利要求1或2所述使用带槽筛板的纳米流体动态稳定性的测试装置，其特征是所述流道的沿流道内液体流向的截面是环形或方形。
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