CN206505034U - 测量变剪切率液体导热系数的流体导热桶 - Google Patents

Abstract

测量变剪切率液体导热系数的流体导热桶，属于流体导热系数的测量技术领域。本实用新型是为了解决现有测量换热工质动态导热系数装置的旋转双桶外壁壁面光滑，扰流作用不明显，使其恒温环境不稳定的问题。它包括内桶和外桶，内桶和外桶同轴设置，内桶和外桶之间为夹层空腔，它还包括多个翅板，多个翅板呈放射状均匀连接于外桶的外侧壁上；外桶的内径与内桶的外径比值大于1.0小于1.1；内桶的内壁上设置第一热电偶，外桶的外壁上设置第二热电偶。本实用新型用于测量非牛顿流体的导热系数。

Description

测量变剪切率液体导热系数的流体导热桶

技术领域

本实用新型涉及测量变剪切率液体导热系数的流体导热桶，属于流体导热系数的测量技术领域。

背景技术

导热系数是流体传热工质的重要输运特性，它直接影响到工质换热性能的好坏。换热工质在实际应用前，必须明确其导热系数及影响导热系数的因素，才能判断该换热工质在具体工况下的换热性能。牛顿流体的导热系数只与温度有关，而非牛顿流体的导热系数不仅与温度有关，还受到剪切率的影响。剪切率是流体内部由剪切应力引起的应变随时间的变化率，它能影响流体内部的微观结构，从而影响非牛顿流体的导热系数。

随着现代工业的发展，水作为传统的换热工质已经无法满足换热性能的需求，各种具有强化换热效果的新型流体应运而生，这些换热工质基本都是非牛顿流体，在管道或者槽道等环境内流动时，由于受到内壁摩擦和粘性内摩擦力的作用，内部都会存在一定的剪切应力，其导热系数将发生变化。

现有对换热工质动态导热系数进行测量的装置中，如中国专利《变剪切率液体导热系数测量仪及测量方法》，公开号为CN102507640，采用同轴旋转双桶的夹层来盛装液体，对换热工质动态导热系数进行测量。它对导热系数的测量，要求旋转的外筒外壁面处于一个恒温环境，建立热的稳定平衡状态，才能通过校准得到准确的外壁面对流换热系数，从而求解方程获得可靠的结果。在实际应用中，由于外桶外壁面光滑，在恒温水浴中扰流作用不明显，对流换热系数较小，当内部的热流密度(温度)增大的一定程度，而外筒又转速较低的情况下，外壁面温度难以稳定，会升高到较高温度，才能建立热平衡，这导致被测流体的温度调节功能难以实现。同时，由于扰流作用不明显，靠近壁面的水温存在上升趋势，恒温环境不稳定。

发明内容

本实用新型目的是为了解决现有测量换热工质动态导热系数装置的旋转双桶外壁壁面光滑，扰流作用不明显，使其恒温环境不稳定的问题，提供了一种测量变剪切率液体导热系数的流体导热桶。

本实用新型所述测量变剪切率液体导热系数的流体导热桶，它包括内桶和外桶，内桶和外桶同轴设置，内桶和外桶之间为夹层空腔，它还包括多个翅板，多个翅板呈放射状均匀连接于外桶的外侧壁上；

外桶的内径与内桶的外径比值大于1.0小于1.1；

内桶的内壁上设置第一热电偶，外桶的外壁上设置第二热电偶。

所述翅板的侧端面与外桶的外侧壁焊接连接。

所述翅板为13个。

本实用新型的优点：本实用新型对现有导热系数测量仪的双桶对流换流能力进行了改进。它在外桶外壁面通过焊接，增加了一定数量的翅板，外桶旋转的过程中通过翅板能够增加对恒温水的扰动，从而增大外桶外壁面的对流换热能力。

本实用新型增强了外桶外壁面扰流能力，保证了恒温环境，有利于建立热平衡状态，更符合测试方法的理论热环境，保证测量过程的准确性；由于外桶外壁面换热能力的增强，能够用于导热系数测量仪中实现被测流体在不同温度下的导热系数测量。

附图说明

图1是本实用新型所述测量变剪切率液体导热系数的流体导热桶的结构示意图；

图2是外桶与翅板连接的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述测量变剪切率液体导热系数的流体导热桶，它包括内桶1和外桶2，内桶1和外桶2同轴设置，内桶1和外桶2之间为夹层空腔，它还包括多个翅板3，多个翅板3呈放射状均匀连接于外桶2的外侧壁上；

外桶2的内径与内桶1的外径比值大于1.0小于1.1；

内桶1的内壁上设置第一热电偶，外桶2的外壁上设置第二热电偶。

所述翅板3的侧端面与外桶2的外侧壁可以采用焊接连接。

所述翅板3可选择为13个。13个翅板的选择对于外桶外径一定的情况下，既不会太密集，又能够有效的保证其扰流能力，从而更可靠的保证恒温环境。

本实施方式使用于现有变剪切率液体导热系数测量仪中，第一热电偶共有11个采样点，分布在内桶轴向和周向的不同位置，所有测温热电偶的导线均从内桶上口引出。第二热电偶共有三个采样点，位于外桶外壁的中心位置，与内桶中段设置的热电偶位置相对应，第二热电偶带有快速接头，可安置在外桶侧壁上。

本实用新型使用于变剪切率液体导热系数测量仪中，测量仪还包括循环冷却系统、步进电机、加热棒、数据采集系统、计算机和水浴桶，内桶与外桶之间的空隙用于容纳待测液体，流体导热桶放置于水浴桶内，其内桶通过顶针与水浴桶的桶盖固定，步进电机通过动力输出轴带动外桶旋转，循环冷却系统用来对水浴桶内的液体进行冷却，水浴桶内设置温度计。

所有温度传感器采集的温度信号通过数据采集系统传递给计算机，计算机对数据采集系统进行数据采集的控制和对步进电机进行控制。

使用中，内桶固定，外桶在步进电机的带动下进行旋转；加热棒对待测液体均匀加热，待测液体在外桶及翅板的旋转过程中，受外桶内壁面的摩擦作用，会形成环形缝隙剪切流动，这种流动赋予待测液体以不同的剪切率，通过控制步进电机的转速可以设定剪切率值。对水浴桶内的液体恒定功率加热，待温度场稳定后，测量内桶内壁和外桶外壁的温度，从而可求出待测液体的导热系数。在测量待测液体的过程中，要使所述空间内的待测液体稳定的剪切流动，待测液体与旋转的外桶接触会产生较大的速度，受离心力作用，依附于外桶外壁，不会造成干扰流动而产生二次流现象。

加热棒通过可调功率加热电源提供工作电源。内桶的端口处的侧壁上分别还设置注液口和排气口,外桶的桶底上设置排液口，内桶的端口处和桶底处均设置有绝热环。水浴桶的桶盖及桶壁上包裹保温层。内桶和外桶之间容纳待测液体的空间的端口处由尼龙套环密封。所述内桶底部中心与外桶底部中心通过聚四氟乙烯轴套定位，内桶与外桶的端口之间通过不锈钢轴承定位。水浴桶的侧壁上分别设置进水口、出水口及溢流口。

工作过程：向内桶和外桶之间的空间加注待测液体，开始对加热棒加热时，只需监控第一热电偶的温度，以及温度计的温度，待水浴桶内温度场以及第一热电偶测得的温度值稳定后，步进电机急停，迅速采集第二热电偶的温度，当第二热电偶设置了多个测试点，需将获得的所有有效数据进行平均，作为外桶的外壁温度，计算获得待测液体的导热系数。

Claims (3)

1.一种测量变剪切率液体导热系数的流体导热桶，它包括内桶(1)和外桶(2)，内桶(1)和外桶(2)同轴设置，内桶(1)和外桶(2)之间为夹层空腔，其特征在于，它还包括多个翅板(3)，多个翅板(3)呈放射状均匀连接于外桶(2)的外侧壁上；

外桶(2)的内径与内桶(1)的外径比值大于1.0小于1.1；

内桶(1)的内壁上设置第一热电偶，外桶(2)的外壁上设置第二热电偶。

2.根据权利要求1所述的测量变剪切率液体导热系数的流体导热桶，其特征在于，所述翅板(3)的侧端面与外桶(2)的外侧壁焊接连接。

3.根据权利要求1所述的测量变剪切率液体导热系数的流体导热桶，其特征在于，所述翅板(3)为13个。