專利名稱：一種適用于單相流動型流體的密度測定方法及其測定裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用于單相流動型流體密度測定的方法，該方法基于流體力學恒 定流質量守恒定律來測定不同壓力及溫度下單相流體的密度，主要應用于航空航天以及石 油化工等缺少碳氫燃料物性數據的相關領域。
背景技術：
隨著航空發動機渦輪前溫度和壓氣機增壓比的提高，從壓氣機后級引出的冷卻空 氣溫度也逐漸提高，這將導致冷卻氣體的冷卻品質降低，給發動機熱端部件的冷卻帶來極 大的挑戰。在冷氣用量和冷卻結構在短時間內無法大幅改變的情況下，利用航空燃料的高 熱沉的特性對冷卻氣體進行冷卻，降低冷卻氣體的溫度，不僅可以提高冷卻氣體的冷卻品 質，同時，還有利于航空燃料的霧化和燃燒，帶來了較大的有效利用空間。但是，目前國內超 臨界壓力下航空煤油物性數據還極其缺乏，嚴重制約了超臨界壓力下航空煤油流動與換熱 特性的基礎研究及在各個領域的工程應用，這就需要有針對超臨界壓力下航空煤油物性數 據測量的方法或者裝置。而目前存在的各種密度測試方法中屬靜態測量方法精度最高，但 其主要應用于低溫低壓下的測量，若將其應用到高溫高壓情況下則實現其測試的測試裝置 及設備均十分復雜和昂貴，而精度同樣很高的振動法雖然可以進行高壓情況的測量，但因 其振動傳感器不能在高溫下運行從而也限制了它在工程上的應用。目前應用較多的Y射 線法雖然可進行高溫高壓的測量，但其要求所測量的介質密度不能太小，否則會引起很大 誤差，甚至可能會出現測量結果為負值的情況，而碳氫燃料達到超臨界狀態以后，其密度變 化很大，已經超出Y射線所能測量的范圍，并且Y射線會產生較強的輻射，影響人體的身 心健康。
發明內容
本發明針對在超臨界壓力下航空煤油物性數據測量所需裝置十分復雜和昂貴，以 及高溫高壓下密度測量不準確的問題，提供一種適用于各種壓力及溫度下單相流動型流體 的密度測定方法，并研制了測試裝置，該裝置通過內部抽取真空，并在真空腔內部設置遮熱 屏，可以有效減小實驗過程中的對流換熱熱損失和輻射熱損失，以便獲得較為準確的密度 實驗數據，為碳氫燃料的科學研究及工程應用提供有力依據。一種適用于單相流動型流體的密度測定方法為首先采用熱電偶測量單相流體從 實驗段進口流到實驗段出口所需要的時間t，同時通過質量流量計測出流體的質量流量A，
然后用卡尺測出實驗段的內徑H與實驗段的長度L，進一步得到流道截面積J = ;r〔|^2，最后 根據流體力學中質量流量定義得到單相流體的密度
LA所述單向流體在實驗段內部的流動視為等溫絕熱流動。使用上述密度測定方法的一種適用于單相流動型流體的密度測定裝置，包括真空 腔和測量部分，其中，測量部分包括熱電偶、三通接頭、金屬網、實驗段、轉接管及引管；
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所述的實驗段放置在真空腔內部，實驗段兩端通過轉接管各連接有一個引管，在 兩個轉接管中實驗段與引管連接處的周向平面上各放置有一金屬網，轉接管連接實驗段及 引管的地方用氬弧焊焊接密封；所述的引管穿出真空腔兩端的端蓋，引管與端蓋的連接處焊接密封；兩個引管采 用螺紋或者焊接方式連接一個三通接頭；兩個熱電偶分別通過兩個三通接頭插入引管中， 所述熱電偶與金屬網接觸，熱電偶采用螺紋卡套式接頭與三通接頭連接；所述的真空腔由端蓋、真空腔外殼以及遮熱屏組成；所述的真空腔外殼的兩端各 焊接有一端蓋，真空腔外殼上加工有一端口用于連接真空泵；所述的遮熱屏置于真空腔外 殼與實驗段之間，并被端蓋中的定位槽卡住，遮熱屏上加工有孔，用于連通遮熱屏內外兩 側。所述的三通接頭未使用的端口，一個用于流體流入口，一個用于流體流出口。所述的流體在實驗段內部的流動可視為等溫絕熱流動。本發明的優點與積極效果在于(1)采用流動法測定單相流體的密度，實驗操作簡單方便，適用于各種壓力及溫度 下單相流體密度的測量，而靜態測量方法如果不對實驗設備進行大幅改動的話只能測量低 溫低壓下流體的密度，本發明的方法為中等測試精度，對測試設備的要求不高，克服了靜態 測量方法在高溫高壓下流體密度測量的缺陷。(2)本發明裝置的實驗段在真空環境下進行，并采用遮熱屏，有效降低了氣體導熱 和對流換熱熱損失以及輻射熱損失。(3)本發明裝置可以測定高溫((SOO0C )高壓(彡IOOMPa)下單相流體的密度， 測定范圍相對現有的實驗設備有大幅度提高，該裝置如果采用耐溫耐壓性能更好的材料以 及用于更高溫度測量的熱電偶還可將測定范圍繼續提升。
圖1為本發明的密度測定方法的流程圖；圖2為本發明的密度測定裝置的剖面示意圖。圖中
權利要求
一種適用于單相流動型流體的密度測定方法，其特征在于，首先采用熱電偶測量單相流體從實驗段進口流到實驗段出口所需要的時間t，同時通過質量流量計測出單相流體的質量流量所述實驗段處于絕熱狀態，單相流體在實驗段的流動為等溫絕熱流動；然后用卡尺測出實驗段的內徑H與實驗段的長度L，進一步得到流道截面積最后根據流體力學中恒定流質量流量定義，得到單相流體的密度FSA00000204030400011.tif,FSA00000204030400012.tif,FSA00000204030400013.tif
2.根據權利要求1所述的一種適用于單相流動型流體的密度測定方法，其特征在于， 所述所述的單向流體為航空煤油。
3.一種用于實現權利要求1所述的密度測定方法的密度測定裝置，其特征在于，該密 度測定裝置包括真空腔和測量部分，其中，測量部分包括熱電偶、三通接頭、金屬網、實驗 段、轉接管及引管；所述的實驗段放置在真空腔內部，實驗段兩端通過轉接管各連接有一個引管，在兩個 轉接管中實驗段與引管連接處的沉孔定位平面上各設置有一金屬網，轉接管連接實驗段及 引管的地方焊接密封；所述的引管穿出真空腔兩端的端蓋，引管與端蓋的連接處焊接密封；兩個引管采用螺 紋或者用焊接方式分別連接一個三通接頭；兩個熱電偶分別通過兩個三通接頭插入引管 中，與所述金屬網接觸，熱電偶采用螺紋卡套式接頭與三通接頭連接；所述的真空腔由端蓋、真空腔外殼以及遮熱屏組成；所述的真空腔外殼的兩端各焊接 有一端蓋，真空腔外殼上加工有一端口用于連接真空泵；所述的遮熱屏位于真空腔內部，且 將置于真空腔的測量部分包圍，并被端蓋中的定位槽卡住，遮熱屏上加工有孔，用于連通遮 熱屏內外兩側；所述的三通接頭未使用的端口，一個用于單相流體流入口，一個用于流體流出口。
4.根據權利要求2所述的一種適用于單相流動型流體的密度測定裝置，其特征在于， 所述的熱電偶采用工業I級精度K型熱電偶，且其采集頻率> 50ΗΖ。
5.根據權利要求2所述的一種適用于單相流動型流體的密度測定裝置，其特征在于， 所述的實驗段，其內的雷諾數> 2300。
6.根據權利要求2所述的一種適用于單相流動型流體的密度測定裝置，其特征在于， 所述的真空腔，其內壓力< lOOPa。
7.根據權利要求2所述的一種適用于單相流動型流體的密度測定裝置，其特征在于， 所述的密度測定裝置豎直使用，單相流體從上往下流。
8.根據權利要求2所述的一種適用于單相流動型流體的密度測定裝置，其特征在于， 所述的焊接采用氬弧焊焊接。
全文摘要
本發明公開了一種適用于單相流動型流體的密度測定方法及其測定裝置，其中，該密度測定方法基于流體力學中的恒定流質量守恒原理，主要通過利用實驗段進出口熱電偶響應的時間差來計算單相流體在實驗段內的流動速度，病測定質量流量及其他相關數據，最后計算得到單相流體的密度。應用該方法的測定裝置，通過內部抽取真空，并在真空腔內部設置遮熱屏，實驗段放置在遮熱屏里，有效減小對流換熱熱損失和輻射熱損失，能夠獲得較為準確的密度實驗數據。本發明方法操作簡單方便，適用于各種壓力及溫度下單相流體密度的測量。
文檔編號G01N9/32GK101936865SQ20101023488
公開日2011年1月5日 申請日期2010年7月21日 優先權日2010年7月21日
發明者吳翰, 張斌, 張春本, 徐國強, 鄧宏武, 陶智 申請人:北京航空航天大學