[发明专利]一种牛顿流体粘度的温差型测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种牛顿流体粘度的温差型测量装置及测量方法，该装置包括流体恒温控制装置和流体粘度测量装置，对实验室中流体流动‑传热装置的基本部件进行改造，并结果流体流动过程中能量耗散特性来测量粘度，是对现有设备的充分优用；结合能量守恒定律及塞贝克效应建立方程，将微小温差转变成热电势并将信号放大，基于此提出牛顿流体粘度的温差型测量方法，填补了粘度测量领域的空白。更具体的，给出中低速和高速流体的粘度测量方法和计算公式。

技术领域

本发明涉及一种牛顿流体粘度的温差型测量装置及测量方法，属于流体力学及传热学领域。

背景技术

粘度ν(单位：Pa·s)是评价流体动量传输、热量传输过程的重要参数，其中，τ为剪切应力，为剪切速率(或流速梯度)。微观上，粘度是流体内部相邻分子间摩擦特性的一种表示，宏观上，粘度是流体粘滞性的一种量度。粘度是流体的固有属性，一般情况下，流体粘度ν只与温度T有关。

牛顿流体的N-S方程为可以看出，基于动量方程进行理论计算是很困难的，尤其当流体为紊流时(惯性项不可忽略)。所以，国内外粘度主要通过实验工具进行直接或间接测量，从粘度定义出发有两种思路，其一是固定剪切应力测剪切速率，其二是固定剪切速率测剪切应力。基于以上两种思路研究出的粘度计，其原理包括以下几种：1.基于力学的直接测量，如毛细管法(乌氏、品氏和奥氏粘度计)、落球法、旋转法(圆柱式、圆盘式、圆锥式)、振动法(包括扭转振动式、振动片式、振动盘式、振动弦式)，这些方法对于传感器的粘度传递函数基本上都建立了明确的数学模型，现在市场上的粘度计几乎都是基于上述这些测量原理。2.基于声(超声波)、光(光散射、近红外光谱法、光纤光栅)、电、磁(电磁驱动力与电磁层析成像)等的间接测量，其原理为建立所测信号与粘度的间接表征关系。3.近年来，随着精密测试、智能仪器、微纳制造、传感器及计算机技术的快速发展，粘度测量技术也出现一些新的方法，比如，MEMS法(微悬臂梁、声表面波法)、微流变学方法、激光散射法、光镊方法等，但这些方法大多仅应用于实验室，并少有商业化。

除了上述2中描述的力学、声学、光学、电学和磁学性能外，热学也是流体重要的性能指标。上述已有的粘度测量原理中，并没有涉及温差型粘度测量方法，主要有以下两个原因：1.流体流动过程中，粘度虽然是影响热量传输的因素，但是粘度不同造成的能量传递的差异并不好测量出来；2.目前有的实验装置水平并不能很好的满足微小温差测量的要求。

国内外高校及研究机构针对流体流动-传热的试验装置进行了大量研究，这些装置的基本部件包括恒流泵、恒温装置、加载装置、渗流釜、渗流管路、监测单元等，利用这些部件进行改造并结合流体性质完全可以对流体的粘度进行测量。另外，随着传感器精度发展和测量方法的改进牛顿流体粘度温差型测量方法将会填补粘度测量领域的空白。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于能量守恒及塞贝克效应的牛顿流体粘度的温差型测量装置及测量方法，该装置及方法可以测量不同温度下牛顿流体的粘度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种牛顿流体粘度的温差型测量装置，包括：流体恒温控制装置和流体粘度测量装置，所述流体恒温控制装置包括：

恒温水浴箱，所述恒温水浴箱中放置有预热存水部件和第一螺旋盘管，所述预热存水部件的入水口通过连接管连接至外部的注水部件，预热存水部件的出水口与第一螺旋盘管的入口连接，第一螺旋盘管的出口引出至恒温水浴箱外部；

加热部件，设置在所述恒温水浴箱内；

温度测量部件，设置在所述第一螺旋盘管的出口处；

阀一，设置在所述预热存水部件的入水口与所述注水部件之间的连接管道上；

阀二，设置在所述第一螺旋盘管引出至恒温水浴箱外部的末端；

所述流体粘度测量装置包括：