CN109357714B - 一种固液两相流多参数测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种固液两相流多参数测量装置，涉及两相流基本参数工质测量技术领域，包括箱体和箱体盖子，箱体顶部开设有圆形开口，箱体盖子与圆形开口配合，箱体盖子上分别设有导热系数测量机构和密度测量机构，所述密度测量机构包括设置于箱体盖子底部的超声换能器固定座子及设置于超声换能器固定座子内用于测量的超声换能器，超声换能器的正下方设有有机玻璃板，所述导热系数测量机构包括设置于箱体盖子底部的玻璃管，玻璃管芯部安装有金属铂丝，玻璃管表面设置有导线，导线与金属铂丝构成回路用于测量导热系数。本发明有益效果：可实现多参数测量，如密度、导热系数等，且结构简单测量结果更准确。
Description
技术领域
本发明属于两相流基本参数工质测量技术领域，具体涉及一种固液两相流多参数测量装置。
背景技术
导热系数是液体材料基本的热物性之一，导热系数反映了固体系统能级总的能态，表示了电子、声子的状态密度与磁激发以及在某些情况下的电磁辐射。随着科学技术和工业的发展，导热率测定被带到不同的领域，包括：航空航天、微电子技术、生物技术、核能技术、新材料开发等高新技术领域，以及石油化工、钢铁冶金、建筑节能等工业领域。例如，在军事领域，所有航天飞行器均经历发射、入轨、飞行乃至再入大气的过程，经受不同程度的气动加热阶段，必须采取有效的热控技术，进行隔热和防热，这其中就有赖于对各种热物理性质包括导热率的掌握；在微电子技术中，超大规模集成电路集成度的飞速提高，带来许多问题，对微电子的热物理性的测量也是非常必要的；农业方面的谷物干燥和储藏过程，必须了解谷物的导热率；生物医学研究中，也对皮肤、血液乃至体内各器官的热物理性质给予关注。而且绝热材料导热率作为表征建筑节能材料物性的重要参数，其参数值的精确测量有着非常重要的理论和使用价值。建立国内低导热性能材料导热率测量标准装置平台，可以填补国内绝热材料导热率计量标准和标准装置的空白，满足全社会对建筑节能材料导热系数计量方法的要求。
密度、比热容等热物性参数是热工、化工、航天等领域的基本参数，热物性的高精度测量一直是相关领域的热门课题之一。在暖通等相关学科的工程设计及基础研究中，对于液体的导热系数数据的需求越来越大。此外，液体导热理论研究也依赖于实验数据作为支撑和参考。目前已有的液体导热系数数据有限，混合物等复杂体系的导热系数数据则更为匮乏。
随着我国科技日益发展，固液两相流体在工业系统中有更多的应用场所，在工业系统设计与计算分析中，需要用到这类两相流体的相关热物性参数，由此一些测量方法及其装置越来越成为关注的焦点。目前市面上还没有一款能够同时进行固液两相流多种参数测量的装置，现有的大多只能进行一种参数的测量，例如密度、导热系数等参数测量，且测量周期长，成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种固液两相流多参数测量装置，解决现有测量参数单一、测量周期长、成本较高等问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种固液两相流多参数测量装置，包括箱体和箱体盖子，箱体顶部开设有圆形开口，箱体盖子与圆形开口配合，箱体盖子上分别设有导热系数测量机构和密度测量机构，所述密度测量机构包括设置于箱体盖子底部的超声换能器固定座子及设置于超声换能器固定座子内用于测量的超声换能器，超声换能器的正下方设有有机玻璃板，所述超声换能器固定座子的四周均匀贯穿设置四个导轨滑槽，导轨滑槽内穿设有导轨，导轨的两端分别位于箱体盖子的两侧且导轨的上端部固定设有调距板，导轨的下端部固定设有反射板；箱体盖子顶部设有步进电机，步进电机通过联轴器与丝杠连接，丝杠通过调距板上设置的丝母与调距板相连，步进电机工作时带动丝杠上下转动进而带动调距板和反射板上下移动实现反射板位置的微调；
本发明所述导热系数测量机构包括设置于箱体盖子底部的玻璃管，玻璃管芯部安装有金属铂丝，玻璃管表面设置有导线，导线与金属铂丝构成回路用于测量导热系数。
本发明所述箱体的侧面上方设有液体入口，箱体底部设有液体排出口。
本发明所述箱体底部设有大功率超声波换能器。
本发明所述超声换能器固定座子的上端通过螺纹与箱体盖子的底部连接。
本发明的有益效果是：本发明设计合理，结构简单，具有以下优点：
1、可实现多参数测量，如密度、导热系数等，由密度和导热系数可推导浓度、比热容等；
2、能够实现对反射板进行微调节使测量更加精确；
3、在液体导热系数的测量中，热线法测量设备简单，测量温度范围广；
4、本发明测量装置测量时间短，辐射及对流对测量结果的影响微小。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图中标记：1、箱体，101、液体入口，102、液体排出口，103、圆形开口，2、反射板，3、有机玻璃板，4、超声换能器，5、箱体盖子，6、步进电机，7、联轴器，8、丝母，9、丝杠，10、调距板，11、导轨，12、超声换能器固定座子，13、玻璃管，14、导线，15、金属铂丝，16、大功率超声波换能器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式（实施例）进行描述，使本领域的技术人员能够更好地理解本发明。
一种固液两相流多参数测量装置，包括箱体1和箱体盖子5，箱体1顶部开设有圆形开口103，箱体盖子5与圆形开口103配合，箱体盖子5上分别设有导热系数测量机构和密度测量机构，所述密度测量机构包括设置于箱体盖子5底部的超声换能器固定座子12及设置于超声换能器固定座子12内用于测量的超声换能器4，超声换能器4的正下方设有有机玻璃板3，所述超声换能器固定座子12的四周均匀贯穿设置四个导轨滑槽，导轨滑槽内穿设有导轨11，导轨11的两端分别位于箱体盖子5的两侧且导轨11的上端部固定设有调距板10，导轨11的下端部固定设有反射板2，调距板10和反射板2均通过螺纹与导轨11连接；箱体盖子5顶部设有步进电机6，步进电机6通过联轴器7与丝杠9连接，丝杠9通过调距板10上设置的丝母8与调距板10相连，步进电机6工作时带动丝杠9上下转动进而带动调距板10和反射板2上下移动实现反射板位置的微调；
进一步，所述导热系数测量机构包括设置于箱体盖子底部5的玻璃管13，玻璃管13芯部安装有金属铂丝15，玻璃管13表面设置有导线14，导线14与金属铂丝15构成回路用于测量导热系数。
进一步，所述箱体1的侧面上方设有液体入口101，箱体1底部设有液体排出口102。
进一步，所述箱体1底部设有大功率超声波换能器16。
所述超声换能器固定座子12的上端通过螺纹与箱体盖子5的底部连接。
本发明工作原理及操作方法：
本发明采用超声回波法测量密度，采用热线法测量导热系数。测量时，将有机玻璃板3和金属铂丝15（即热线）垂直完全浸入箱体1内的待测两相流液体中，启动步进电机，微调节反射板位置，将超声波探头固定在合适的位置，关闭步进电机6，待两相流液体温度稳定后，开始测量，先采用超声回波法进行两相流液体的密度测量，待测量完毕后，再通过热线法进行导热系数的测量，直至测量结束，打开箱体1底部的液体排出口102，将测量液体回收，回收完毕后，在箱体1上液体入口101处向箱体1内充入高压清洗液，同时，箱体1底部安装的大功率超声波换能器16开始工作，通过超声震动和高压清洗液共同作用将箱体1内部清洗干净。
热线法测量导热系数的具体方法属于现有技术。
采用超声回波法进行两相流液体的密度测量的方法为：超声换能器4发出超声波，一部分超声波在有机玻璃板3与超声测试区界面处发生第一次反射，作用在超声换能器4上，记作A，另一部分入射到测试区中，在反射板2处发生反射，反射的超声波一部分通过有机玻璃作用在超声换能器4上，另一部分在有机玻璃板3处继续反射，射入测试区多次重复反射过程，记通过测试区后作用在超声换能器上的回波幅值为Ai，i=1-n，n表示回波个数，通过处理回波个数与幅值的关系，可以得到系统的声阻抗，声速由两倍测试区的宽度除以反射波A与回波A1的时间差确定，这样通过声阻抗的定义式即可得到测试区的密度。
Claims (2)
1.一种固液两相流多参数测量装置，其特征在于:包括箱体（1）和箱体盖子（5），箱体（1）顶部开设有圆形开口（103），箱体盖子（5）与圆形开口（103）配合，箱体盖子（5）上分别设有导热系数测量机构和密度测量机构，所述密度测量机构包括设置于箱体盖子（5）底部的超声换能器固定座子（12）及设置于超声换能器固定座子（12）内用于测量的超声换能器（4），超声换能器（4）的正下方设有有机玻璃板（3），所述超声换能器固定座子（12）的四周均匀贯穿设置四个导轨滑槽，导轨滑槽内穿设有导轨（11），导轨（11）的两端分别位于箱体盖子（5）的两侧且导轨（11）的上端部固定设有调距板（10），导轨（11）的下端部固定设有反射板（2）；箱体盖子（5）顶部设有步进电机（6），步进电机（6）通过联轴器（7）与丝杠（9）连接，丝杠（9）通过调距板（10）上设置的丝母（8）与调距板（10）相连，步进电机（6）工作时带动丝杠（9）上下转动进而带动调距板（10）和反射板（2）上下移动实现反射板位置的微调；
所述导热系数测量机构包括设置于箱体盖子（5）底部的玻璃管（13），玻璃管（13）芯部安装有金属铂丝（15），玻璃管（13）表面设置有导线（14），导线（14）与金属铂丝（15）构成回路用于测量导热系数；所述箱体（1）的侧面上方设有液体入口（101），箱体（1）底部设有液体排出口（102）；所述超声换能器固定座子（12）的上端通过螺纹与箱体盖子（5）的底部连接。
2.根据权利要求1所述的一种固液两相流多参数测量装置，其特征在于：所述箱体（1）底部设有大功率超声波换能器（16）。
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