[发明专利]一种非牛顿流体导热系数的测量方法

说明书

本发明涉及一种非牛顿流体导热系数的测量方法，属于导热系数测量的技术领域。所述方法包括搭建非牛顿流体导热系数测量平台；建立所述非牛顿流体的导热系数模型；配制所述非牛顿流体；采用搭建的测量平台对配制的所述非牛顿流体进行测量获得实验数据；将所述实验数据代入所述导热系数模型,进行导热系数的计算。本发明在导热系数测量计算过程中将非牛顿流体剪切流动中产生的粘性耗散热量加以考虑，使得非牛顿流体在不同剪切速率不同温度下测量计算出的导热系数更加准确。

技术领域

本发明涉及一种非牛顿流体导热系数的测量方法，属于导热系数测量的技术领域。

背景技术

非牛顿流体在生活和工业领域中被广泛应用，在研究非牛顿流体的流动和传热时明确其导热系数及影响导热系数的因素至关重要。非牛顿流体的粘度是随剪切速率变化的，因此当非牛顿流体在变剪切速率下运动时其内部的微观结构必然发生了变化，所以它的导热系数也是随剪切速率变化的，并且非牛顿流体在剪切运动的过程中会产生粘性耗散热量，由于大多非牛顿流体粘性比水大的多，并且在不同的剪切速率下其粘性耗散产生的热量必然是不同的，所以在非牛顿流体的剪切流动过程中其粘性耗散热量是不可忽略的。

虽然大多数导热系数的测量方法是在静态下进行的，但是也有少部分学者测量了非牛顿流体在变剪切速率下的导热系数，分析了导热系数随剪切速率的变化情况。如中国学者孙成珍发表的论文(Sun C,Bai B,Lu W Q,et al.Shear-rate dependent effectivethermal conductivity of H2O+SiO2 nanofluids[J].Physics of Fluids,2013,25(5):718.)测量了二氧化硅纳米流体在变剪切速率下的导热系数。但是在之前的变剪切速率下导热系数的测量计算中都忽略了非牛顿流体在剪切流动过程中产生的粘性耗散热量。这会使测量计算结果产生较大的误差。

发明内容

本发明的目的是针对变剪切速率下非牛顿流体导热系数测量计算中忽略流体剪切流动中产生的粘性耗散热量导致计算出的导热系数偏小的问题，本发明提出了一种非牛顿流体的导热系数测量方法，该方法考虑了非牛顿流体在剪切流动过程中产生的粘性耗散热量，用于解决现有技术中存在的上述问题。

本发明提供一种非牛顿流体导热系数的测量方法，包括以下步骤：

S1.搭建非牛顿流体导热系数测量平台；

S2.建立所述非牛顿流体的导热系数模型；

S3.配制所述非牛顿流体；

S4.采用步骤S1搭建的测量平台对步骤S3配制的所述非牛顿流体进行测量获得实验数据；

S5.将所述实验数据代入所述导热系数模型,进行导热系数的计算。

进一步地，所述步骤S1中的测量平台包括两同轴圆筒加热旋转单元，所述两同轴圆筒加热旋转单元包括内筒和外筒，所述内筒的内壁上设置有加热膜。

进一步地，所述步骤S2建立所述非牛顿流体的导热系数模型为：

其中，k为所述非牛顿流体的导热系数；

Q₁为所述内筒的内壁的加热膜单位时间产生的热量；

Q₂为所述非牛顿流体剪切流动中单位时间产生的粘性耗散热量；

R_o为所述外筒的内径；

R_i为所述内筒的外径；

T_o为贴近所述外筒内壁的非牛顿流体的温度；

T_i为贴近所述内筒外壁的非牛顿流体的温度；