[发明专利]一种流体导热系数测量装置和方法

说明书

本发明公开了一种流体导热系数测量装置和方法，流体导热系数测量装置包括：测量管，用于流过待测流体；输送装置，用于将待测流体流过所述测量管；电加热装置，用于加热流经所述测量管的待测流体。该测量方法和基于此方法设计出的测量装置能准确地，较低成本地测量出流体的导热系数。本发明测量精度高，解决了传统稳态法容易引起对流造成测量结果误差较大的问题。

技术领域

本发明涉及一种测量流体导热系数的方法和装置，具体涉及的一种基于圆管内层流对流传热换热特性的测量流体导热系数的方法和装置。

背景技术

导热系数是表征材料传导热量性能优劣的参数，其在工程上有很重要的应用。而不同物质的导热系数各不相同，即使是同一种材料，导热系数值还与温度等因素有关，因此准确测定物质的导热系数的数值对于工程应用和学术研究都有着重要的意义。目前常用的测定导热系数的方法有稳态法和非稳态法，稳态法又包括纵向热流法、径向热流法、直接电加热法和热电法等；非稳态法又包括周期热流法和瞬时热流法等方法。但目前这些方法主要针对固体导热系数的测量，对于液体，由于其导热系数较小属于不良热导体，同时在加热流体时很容易产生对流，准确测量流体的导热系数。同时目前很多测量液体导热系数的方法和装置多是对上述提及的方法进行的优化和改进，但想消除对流的影响还是较为困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供了一种基于对流传热测量液体导热系数的方法和装置，该方法从流体在对流传热中的边界层理论出发，利用边界层内流体的导热来测量液体的导热系数。避免了稳态法和非稳态法由于对流引起的测量导热系数有误差的问题。

技术方案

为解决现有的测量液体导热系数的方法与装置存在的上述问题，本发明采取的技术方案是：

一种流体导热系数测量装置，其特征在于，包括：

测量管，用于流过待测流体；

输送装置，用于将待测流体流过所述测量管；

电加热装置，用于加热流经所述测量管的待测流体。

一种基于上述所述流体导热系数测量装置的流体导热系数测量方法，其特征在于，包括：

S1、创造测量管内流体层流流动的流动条件，创造均匀热流密度加热的边界条件；

S2、测量所述测量管充分发展段的壁面温度和流体温度的差值测量所述的测量段的长度L，测量所述电热丝的加热功率UI，计算出被测流体导热系数的数值：

式中，为T_w,i为第i个测量点的壁温；T_i为第i个测量点的流体温度；n为测量点的个数。

对于圆管内流体的层流流动，使用二维稳态流动的连续性方程与动量方程：

连续性方程：

动量方程：

其中u、v为流速，p、ρ、ν分别为压力、密度、运动粘度。在充分发展段，在流道截面上只有沿流动方向的速度，沿径向的速度可以忽略，而在壁面处速度u＝0。而压力p只是流动方向x的函数，在流道截面上压力是均匀一致的，因此

得到速度分布为：

圆管内流体的层流流动能量方程为：