[发明专利]一种适用于高温高压流体粘性测量的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于高温高压流体粘性测定的方法及装置，主要应用于航空航天、能源、汽车、以及石油化工等缺少流体物性数据的相关领域。

背景技术

20世纪80年代末，为了在21世纪取得军事和商业竞争的优势，美国防部实施了一项由空军、海军、陆军、国家航空航天局(NASA)、国防部预研局(DARPA)和工业界共同参与的国家级战略性发动机技术预研计划，即综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划。IHPTET计划从1988年开始实施，原计划2002年结束，现延迟到2005年结束，总的目标是到21世纪初使航空发动机的能力较1988年的水平提高1倍。具体指标是推重比提高100％、耗油率降低30％、成本减少35％[44]。为进一步适应21世纪技术进步和航空发展的需要，在IHPTET计划取得部分重要成果的基础上，美国政府又及时制订了IHPTET的延续计划，即VAATE计划。该计划自2003年实施，至2017年结束，其目标主要包括：(1)发动机的推重比增加200％，即发动机推重比达到20的量级；(2)发动机耗油率降低25％，即达到0.645的水平；(3)发动机维修、保养等费用降低60％。

基于IHPTET和VAATE这两项计划的巨额资金投入，美国军方及各科研机构针对碳氢燃料的制取以及将其作为冷源时的流动、换热、结焦等特性进行了深入研究，包括燃料的选择、燃料的热沉、换热特性、结焦沉积特性以及高温裂解产物分析等。但是，由于这些研究工作涉及国家军事及战略发展计划，相关的研究结果大多数都处于保密状态，很少有详细的可用数据和资料公开发表。

随着近几年来高超声速飞行器的兴起，碳氢燃料作为冷源吸热冷却逐渐在航空航天领域内得到重视。超临界压力下碳氢燃料的传热研究正在越来越多的受到业内学者的密切关注。但关于碳氢燃料的物性尤其是在高温高压下的物性研究还极其缺乏。

目前，流体粘度测量目前最常用的方法主要有：毛细管法、振动法和旋转法等。其中毛细管法被视为是常温下粘性测量最准确的方法，该方法粘性测量范围很广，适用于液体和气体的粘性测量，但其在高温下的应用受到了仪器折射率以及如何探测其月牙形表面等问题的影响；振动法同样具有很高的精度，但其只能用于较窄的粘性测量，但其最大优点是选择的振动材料范围很广，因此可以用于低粘性高温融体的粘性测量；旋转法由于在驱动测试装置运行时存在摩擦损失，因此该方法主要适用于高粘性流体的测量，比如融化后的玻璃及熔渣等。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，结合未来碳氢燃料在航空航天领域的需求，并针对碳氢燃料在高温高压下粘性变化范围很大的特点，基于毛细管测量流体粘性的原理并对其进一步扩展，提出了高温高压下流体的粘性测量方法并研制了测量装置，为碳氢燃料的科学研究及工程应用提供有力依据。

一种适用于高温高压流体粘性测量的装置，包括测量系统、加热保温系统和数据采集系统；

测量系统分为短管测量部分和长管测量部分；

短管测量部分包括短管实验段、第一集箱、第二集箱、第一转接头、第二转接头、第一引管、第二引管、一个四通接头、第一三通接头、第一取压管和第二取压管；

短管实验段的两端分别与第一集箱、第二集箱连接；在第一集箱、第二集箱中的稳定段开有沉孔，第一集箱的沉孔用于连接取第一压管，第二集箱的沉孔用于连接取第二压管，第一压管和第二压管与压差变送器的高低压端口进行连接；第一集箱与第一转接头之间、第二集箱与第二转接头之间均放有金属网；第一转接头与第一引管之间、第二转接头与第二引管之间固定连接；第一引管与四通接头中的A2口连接；第二引管与第一三通接头中的B2口连接；短管进出口热电偶通入四通接头中的A1口插入第一引管，并与第一转接头和第一集箱之间的金属网接触，短管进出口热电偶与四通接头之间连接；另一个短管进出口热电偶通入第一三通接头中的B1口插入第二引管，并与第二转接头和第二集箱之间的金属网接触，短管进出口热电偶与三通接头之间连接；四通接头中的A3、A4口分别为待测流体进口和绝对压力变送器接口；

长管测量部分包括作长管、第三集箱、第四集箱、第三转接头、第四转接头、第三引管、第四引管、第二三通接头、第三三通接头、第三取压管和第四取压管；