CN203443908U - 纳米流体导热系数测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种纳米流体导热系数测量装置，包括用于放置纳米流体的容器，容器两侧分别设置有供热装置和吸热装置，容器为可导热容器，容器将供热装置提供的热量完全传递至吸热装置，吸热装置上设置有吸热量测量装置。采用上述方案，本实用新型提供一种通过对纳米流体容器外侧进行加热以测量导热系数的纳米流体导热系数测量装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种流体传热技术领域，具体涉及一种纳米流体导热系数测量装置。
背景技术
纳米流体是指把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油等传统换热介质中，制备成均匀、稳定、高导热的新型换热介质，这是纳米技术应用于热能工程这一传统领域的创新性的研究。纳米流体在能源、化工、汽车、建筑、微电子、信息等领域具有巨大的潜在应用前景，从而成为材料、物理、化学、传热学等众领域的研究热点。
如要精确测量所制备的纳米流体的导热系数，主要的难点在于如下两个方面：（1）如何单独考虑导热性；（2）纳米流体始终还是液固两相流体，因此内部存在对流传热。为解决上述问题，目前对于纳米流体的导热系数较为通行的方法是瞬态热线法。瞬态热线法由于测试时间短，可以较为有效的减少由于液体升温过程中由于温差而导致的热对流产生的测量数据误差。瞬态热线法的测试原理为通过线源直***到所测液体中，且要求该线源具有如下特征：（a）无限长；（b）垂直；（c）具有无限大导热系数；（d）热容量为零。通过给线源施加瞬间高温使得周围液体升温的方式，依据液体升温的变化关系，得到介质的导热系数。
然而，由于纳米流体在通过瞬态热线法测量导热系数时纳米流体处于静止状态，长期放置后的纳米流体内的颗粒会由于重力缓慢向下沉淀，而当线源直***到液体容器内侧的所测液体中时，线源四周液体中的颗粒则有可能分布不均匀，处于靠近下方的状态，会导致到热量向液体四周的传输速率不同，影响测量效果。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种通过对纳米流体容器外侧进行加热以测量导热系数的纳米流体导热系数测量装置。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：包括用于放置纳米流体的容器，其特征在于：所述的容器两侧分别设置有供热装置和吸热装置，所述的容器为可导热容器，所述的容器将供热装置提供的热量完全传递至吸热装置，所述的吸热装置上设置有吸热量测量装置。
通过采用上述技术方案，通过对容器外侧进行加热来测量纳米流体导热系数，避免了对容器内侧进行加热测量时液体中的颗粒有可能分布部不均匀导致测量数值不准确的情况，通过吸热装置和吸热量测量装置对经容器及纳米流体传导后的热量进行测量，最终通过计算公式得出纳米流体的导热系数。
本实用新型进一步设置为：所述的吸热装置为放置有0℃的冰块的第一保温室，所述的吸热量测量装置包括量杯及设置于量杯下方的测重仪，所述的量杯与第一保温室底部之间设置有用于将冰吸热融化的液态水引出第一保温室的流动管道。
通过采用上述技术方案，采用恒定温度的冰块作为吸热体，吸热快，表现效果明显，冰块溶化后所形成的水通过流动管道流动至量杯并通过测重仪对量杯内的水的质量进行测量，通过公式计算出所吸收的热量总量。
本实用新型进一步设置为：所述的供热装置包括放置有恒定温度的蒸汽的第二保温室，所述的第二保温室上设置有提供恒定温度蒸汽的蒸汽源，所述的蒸汽源和第二保温室之间设置有保温管道，所述的保温管道设置有用于控制蒸汽源开闭的阀门。
通过采用上述技术方案，通过蒸汽给容器提供热量，反应迅速，供热温度稳定，增设阀门使蒸汽源的开闭便于控制。
本实用新型进一步设置为：所述的第一保温室贴合设置于第二保温室上方，所述的第一保温室与第二保温室之间设置有与容器外形相适配且与外界隔绝的安装口。
通过采用上述技术方案，第一保温室设置于第二保温室上方更符合液态水向下流、蒸汽向上方升的特性，使整个装置运行更加流畅，与外界隔绝的安装口使容器的热量能够完全传递至第一保温室。
本实用新型进一步设置为：所述的容器为标准试管。
通过采用上述技术方案，标准试管传导热量的效果较好，非常适合对纳米流体进行测量，其次取材方便，便于批量生产。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述。
附图说明
图1为本实用新型具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型公开了一种纳米流体导热系数测量装置，包括用于放置纳米流体的容器1，容器1两侧分别设置有供热装置2和吸热装置3，容器1为可导热容器，容器1将供热装置2提供的热量完全传递至吸热装置3，吸热装置3上设置有吸热量测量装置4，通过对容器外侧进行加热来测量纳米流体导热系数，避免了对容器内侧进行加热测量时液体中的颗粒有可能分布部不均匀导致测量数值不准确的情况，通过吸热装置3和吸热量测量装置4对经容器及纳米流体传导后的热量进行测量，最终通过计算公式得出纳米流体的导热系数。
吸热装置3为放置有0℃的冰块的第一保温室31，吸热量测量装置4包括量杯41及设置于量杯下方的测重仪42，量杯41与第一保温室31底部之间设置有用于将冰吸热融化的液态水引出第一保温室31的流动管道43，采用恒定温度的冰块作为吸热体，吸热快，表现效果明显，冰块溶化后所形成的水通过流动管道43流动至量杯41并通过测重仪42对量杯41内的水的质量进行测量，通过公式计算出所吸收的热量总量。
供热装置2包括放置有恒定温度的蒸汽的第二保温室22，第二保温室22上设置有提供恒定温度蒸汽的蒸汽源21，蒸汽源21和第二保温室22之间设置有保温管道23，保温管道23设置有用于控制蒸汽源开闭的阀门24，通过蒸汽给容器提供热量，反应迅速，供热温度稳定，增设阀门24使蒸汽源的开闭便于控制。
第一保温室31贴合设置于第二保温室22上方，第一保温室31与第二保温室22之间设置有与容器1外形相适配且与外界隔绝的安装口25，第一保温室31设置于第二保温室22上方更符合液态水向下流、蒸汽向上方升的特性，使整个装置运行更加流畅，与外界隔绝的安装口25使容器1的热量能够完全传递至第一保温室31。
容器1为标准试管，标准试管传导热量的效果较好，非常适合对纳米流体进行测量，其次取材方便，便于批量生产。
测量时，首先打开蒸汽源21，并调整其内部的水蒸气始终保持在恒定温度，优选为100℃，其次将被测纳米流溶液放置于标准试管中，并安装到第二保温室22上方，将0℃的冰块放入到第一保温室31中，并安装到第一保温室31和标准试管的上方，可多种方位进行安装，优选这样的安装顺序，更符合蒸汽上升和液态水往下流的特性，打开阀门24，让加热到100℃的高温蒸气通过保温管道23进入到第二保温室22中并充满第二保温室22，100℃的蒸气通过装有被测纳米流冷却液的标准试管，加热第一保温室31中的冰块，被加热后的冰块逐步变化为液态水，并顺着流动管道43进入到量杯41中，通过计时器读取冰块融化的时间t，通过量杯41读取冰块融合成水之后的体积，通过量杯下面的精密测重仪42读取水的质量M。
根据傅里叶导热方程，在单位时间t内流过导体的热量，与温度差dT及标准试管截面S成正比，与标准试管厚度x成反比：
式中dt/dx叫做温度梯度；Q是计时器读取冰块融化的时间t通过截面面积为S的标准试管传递的热量；负号表示热流指向x减少的方向；常数K称为导热系数。
在实验装置中，优选0℃的冰和100℃的蒸汽，两者的温度差为恒定值100℃，T2为冰的恒定温度，T1为蒸汽的恒定温度，温度分布稳定后温度梯度
计时器读取冰块融化的时间内通过横截面S，厚度为x的标准试管传递的热量Q应等于冰块溶解所吸收的热量，即Q=ML，
上式中d为标准试管的直径，x为标准试管的厚度，M为冰块溶解质量由上述装置获得数值，L为冰的溶解热，式中为固定值。
但在上式（3）中还忽略了一点，即标准试管也是有导热的，在这里我们是通过大量试验在公式3的前面添加一个系数δ，用以修正计算的K值，即公式（3）变化为
将手动卡尺测量的标准试管直径d，标准试管的厚度x，上述装置测量的冰块溶解质量M，计时器读取冰块融化的时间t，L为冰的溶解热，大量试验测得的系数δ，T2为冰的恒定温度，T1为蒸汽的恒定温度代入（4）式中即可得出纳米流体导热系数。
Claims (5)
1.一种纳米流体导热系数测量装置，包括用于放置纳米流体的容器，其特征在于：所述的容器两侧分别设置有供热装置和吸热装置，所述的容器为可导热容器，所述的容器将供热装置提供的热量完全传递至吸热装置，所述的吸热装置上设置有吸热量测量装置。
2.根据权利要求1所述的纳米流体导热系数测量装置，其特征在于：所述的吸热装置为放置有0℃的冰块的第一保温室，所述的吸热量测量装置包括量杯及设置于量杯下方的测重仪，所述的量杯与第一保温室底部之间设置有用于将冰吸热融化的液态水引出第一保温室的流动管道。
3.根据权利要求2所述的纳米流体导热系数测量装置，其特征在于：所述的供热装置包括放置有恒定温度的蒸汽的第二保温室，所述的第二保温室上设置有提供恒定温度蒸汽的蒸汽源，所述的蒸汽源和第二保温室之间设置有保温管道，所述的保温管道设置有用于控制蒸汽源开闭的阀门。
4.根据权利要求3所述的纳米流体导热系数测量装置，其特征在于：所述的第一保温室贴合设置于第二保温室上方，所述的第一保温室与第二保温室之间设置有与容器外形相适配且与外界隔绝的安装口。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的纳米流体导热系数测量装置，其特征在于：所述的容器为标准试管。
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