一种适用于测量溶气流体比定压热容的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于测量溶气流体比定压热容的方法及装置，该装置包括液体容器、预热器、混合腔、量热仪、冷凝器和气体样品瓶；液体容器、预热器和混合腔依次连通，混合腔分别连通量热仪和气体样品瓶；量热仪通过管道连通冷凝器至液体容器形成循环回路；预热器、混合腔和量热仪均置于带有循环扇叶的恒温槽内；量热仪上连接有数据采集系统和直流电源。本发明专利技术通过采取闭合回路设计，使用混合腔与循环泵实现了系统内溶气液体的组分恒定，从而实现了流体比定压热容的有效、准确测量。

A Method and Device for Measuring Specific Pressure Heat Capacity of Dissolved Gas Flow

The invention discloses a method and device for measuring specific pressure heat capacity of dissolved gas, which includes liquid container, preheater, mixing chamber, calorimeter, condenser and gas sample bottle; liquid container, preheater and mixing chamber are connected in turn, and mixing chamber is connected with calorimeter and gas sample bottle respectively; calorimeter is connected with condenser through pipeline to form circulation of liquid container. Loop; Preheater, mixing chamber and calorimeter are all placed in the constant temperature tank with circulating fan blade; the calorimeter is connected with data acquisition system and DC power supply. By adopting a closed loop design, the composition of dissolved gas and liquid in the system is constant by using a mixing chamber and a circulating pump, thus realizing an effective and accurate measurement of specific pressure heat capacity of the fluid.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于测量溶气流体比定压热容的方法及装置
本专利技术属于流体热物性测量领域，涉及一种基于流动型量热法的溶气流体高压比定压热容的方法与装置。
技术介绍
比定压热容是指单位质量物体在恒定压力下，改变单位温度时所发生的焓变。比定压热容是物质一种基本的热力学性质，其在航天、能源和化工等领域内都有着重要的实际应用。当前，为了准确地获得物质的比定压热容实验数据，主要采用的实验方法有流动型量热法、准稳态法和差示扫描量热法。在各类方法之中，流动型量热法有着测量精度高、测量范围广和易于实现等优点，已被国际上许多学者应用于高压流体比定热容的实验测量。其基本原理是：在忽略流动技术功的情况下，比定压热容可视为在恒定压力下，单位温度变化下的流体吸热量。因此，实验过程中可通过为流体提供给定的加热量，并测量实验段两端流体温度，从而获得流体的比定压热容。然而，现有的非闭合式流动型量热测量方法由于难以维持溶气流体的组分恒定，大多无法用于其比定压热容的测量。对此，已有的较为可行的方法是：在系统中同时设置气、液两个进口，并始终以稳定流速流入，在混合腔内完成混合后流入实验段内进行测量，最终流出实验装置。但该方法仍难以精确控制混合流体组分，同时所耗工质较多，成本高。因此，本专利技术基于流动型量热法，设计了一种闭合式、可用于测量溶气流体比定压热容的方法及装置。
技术实现思路
专利技术的目的在于提供一种测量溶气流体比定压热容的方法及装置，解决现有流动型量热法难以维持混合流体组分恒定的问题，减少所测工质耗量，实现稳定、精确与经济的实验测量。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种适用于测量溶气流体比定压热容的装置，该装置包括液体容器、预热器、混合腔、量热仪、冷凝器和气体样品瓶；所述液体容器、预热器和混合腔依次连通，所述混合腔分别连通量热仪和气体样品瓶；所述量热仪通过管道连通冷凝器至液体容器形成循环回路；所述预热器、混合腔和量热仪均置于带有循环扇叶的恒温槽内；所述量热仪上连接有数据采集系统和直流电源。对于上述技术方案，本专利技术还有进一步优选的方案：进一步，所述液体容器通过管道连接平流泵、阀门和过滤阀连通预热器；连通预热器的管道上进一步设有调压器。进一步，所述混合腔经过减压阀与气体样品瓶相连。进一步，所述冷凝器通过管道连接循环泵以及流量计和阀门与液体容器相连。进一步，所述量热器包括不锈钢腔体和置于其内腔的第一铜块、第二铜块和微加热器；所述第一铜块和第二铜块中分别插入有第一温度计与第二温度计，第一铜块和第二铜块经弯管分别连通至不锈钢腔体外部的管道进口和管道出口；所述微加热器设在第二铜块上并与第一铜块相连，通过引线引出不锈钢腔体外部。进一步，所述微加热器包括支柱、加热丝、扰流器和引线，所述引线与加热丝相连，缠绕于支柱上，共同包裹于金属外壳内；所述扰流器设于金属外壳底部。进一步，所述数据采集系统包括电子计算机与数字万用表，所述数字万用表和直流电源均分别与压力变送器第一温度计、第二温度计及微加热器相连。进一步，所述装置还包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和真空泵；第一阀门与液体容器相连，第二阀门与平流泵相连，第三阀门置于混合腔与气体样品瓶之间，第四阀门与真空泵相连。本专利技术进而提供了一种利用所述装置测量溶气流体比定压热容的方法，包括以下步骤：1)关闭第一阀门，打开第二阀门、第三阀门和第四阀门，使用真空泵对系统管路进行抽真空处理；2)经过步骤1)后，关闭第四阀门，调节减压阀，将气体样品瓶内气体注入系统管路；3)经过步骤2)后，打开第一阀门，关闭第三阀门，调节恒温槽内温度，使用平流泵将液体容器内的液体注入实验管路；当有稳定流速的液体流入液体容器时，关闭第一阀门；4)经过步骤3)后，再次打开第三阀门，关闭第二阀门，开启循环泵，使液体在管路内流动；5)经过步骤4)后，检查压力变送器示数是否下降，若压力p0下降，则重复步骤4)，若压力p0经一段时间后仍保持不变，则进行步骤6)；6)经过步骤5)后，调节调压器，使系统压力达到指定压力p；随后待第一温度计与第二温度计示数稳定且基本相同后，开启微加热器，待第一温度计与第二温度计示数再次稳定后，分别记录两温度计所测温度T1、T2，以及微加热器功率P和流量计示数qm；7)计算比定压热容根据步骤5)与步骤6)所测温度T1和T2，可查询得到指定压力p与指定温度T＝(T1+T2)/2下的气体溶解度x；根据步骤6)所测功率P和所测质量流量qm，可计算得到指定压力p、温度T＝(T1+T2)/2和气体溶解度x下的比定压热容cp＝P/[qm(T2-T1)]。进一步，所述步骤6)与步骤7)中，通过调节循环泵转速，得到不同的质量流量qm，计算获得相应比定压热容cp并进行比较，选出循环泵的最佳转速。本专利技术的有益效果体现在：本专利技术中所述混合腔用于液体与气体的混合；所述混合腔为上进下出，内部流体为上气下液分布，使用所述循环泵与所述压力变送器，可有效实现气液流体的充分混合，并判断液体是否已达到饱和状态；本专利技术通过阀门切换管路，最终构造闭合回路，维持了溶气流体的组分稳定，同时大大减少了所测工质耗量。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：图1为溶气流体比定压热容测定装置的结构示意图；图2为量热仪结构设计图；图中：1、液体容器，2、第一阀门，3、调压器，4、平流泵，5、第二阀门，6、过滤阀，7、电子计算机，8、数字万用表，9、直流电源，10、恒温槽，11、循环扇叶，12、预热器，13、混合腔，14、第三阀门，15、量热仪，16、压力变送器，17、冷凝器，18、第四阀门，19、真空泵，20、减压阀，21、气体样品瓶，22、循环泵，23、流量计，24、管道进口，25、不锈钢腔体，26、第一铜块，27、第二铜块，28、第一温度计，29、第二温度计，30、管道出口，31、引线，32、支柱，33、微加热器，34、加热丝，35、扰流器。具体实施方式下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。参见图1，本专利技术所述测量溶气流体比定压热容的装置，其主要包括：液体容器1、第一阀门2、调压器3、平流泵4、第二阀门5、过滤阀6、电子计算机7、数字万用表8、直流电源9、恒温槽10、循环扇叶11、预热器12、混合腔13、第三阀门14、量热仪15、压力变送器16、冷凝器17、第四阀门18、真空泵19、减压阀20、气体样品瓶21、循环泵22、流量计23。其中，平流泵4通过管道与液体容器相连，用于在溶气前首先将液体注入实验管路内。预热器12与混合腔13顶部通过不锈钢管道相连，量热仪15通过不锈钢管道与混合腔13下部相连，以保证在混合腔内形成上气下液的分布。预热器12、混合腔13和量热仪15均置于带有循环扇叶11的恒温槽10内，用以保证测量段流体到达实验指定温度。气体样品瓶21通过不锈钢管道与混合腔13上部相连，减压阀20置于气体样品瓶21与混合腔13之间，用以在气体充分溶解前，调节实验系统至指定压力。冷凝器17与量热仪15相连，用以降低经过测量的流体温度，保护仪器。循环泵22用以维持溶气及之后的管路内流体流动。真空泵19通过三通接头与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于测量溶气流体比定压热容的装置，其特征在于，该装置包括液体容器(1)、预热器(12)、混合腔(13)、量热仪(15)、冷凝器(17)和气体样品瓶(21)；所述液体容器(1)、预热器(12)和混合腔(13)依次连通，所述混合腔(13)分别连通量热仪(15)和气体样品瓶(21)；所述量热仪(15)通过管道连通冷凝器(17)至液体容器(1)形成循环回路；所述预热器(12)、混合腔(13)和量热仪(15)均置于带有循环扇叶(11)的恒温槽(10)内；所述量热仪(15)上连接有数据采集系统和直流电源(9)。

【技术特征摘要】
1.一种适用于测量溶气流体比定压热容的装置，其特征在于，该装置包括液体容器(1)、预热器(12)、混合腔(13)、量热仪(15)、冷凝器(17)和气体样品瓶(21)；所述液体容器(1)、预热器(12)和混合腔(13)依次连通，所述混合腔(13)分别连通量热仪(15)和气体样品瓶(21)；所述量热仪(15)通过管道连通冷凝器(17)至液体容器(1)形成循环回路；所述预热器(12)、混合腔(13)和量热仪(15)均置于带有循环扇叶(11)的恒温槽(10)内；所述量热仪(15)上连接有数据采集系统和直流电源(9)。2.根据权利要求1所述一种适用于测量溶气流体比定压热容的装置，其特征在于，所述液体容器(1)通过管道连接平流泵(4)、阀门和过滤阀(6)连通预热器(12)；连通预热器(12)的管道上进一步设有调压器(3)。3.根据权利要求1所述一种适用于测量溶气流体比定压热容的装置，其特征在于，所述混合腔(13)经过减压阀(20)与气体样品瓶(21)相连。4.根据权利要求1所述一种适用于测量溶气流体比定压热容的装置，其特征在于，所述冷凝器(17)通过管道连接循环泵(22)以及流量计(23)和阀门与液体容器(1)相连。5.根据权利要求1所述一种适用于测量溶气流体比定压热容的装置，其特征在于，所述量热器(15)包括不锈钢腔体(25)和置于其内腔的两块铜块和微加热器(33)；所述两块铜块中分别插入有温度计，两块铜块经弯管分别连通至不锈钢腔体(25)外部的管道进口(24)和管道出口(30)；所述微加热器(33)设在第二铜块(27)上并与第一铜块(26)相连，通过引线(31)引出不锈钢腔体(25)外部。6.根据权利要求5所述一种适用于测量溶气流体比定压热容的装置，其特征在于，所述微加热器(33)包括支柱(32)、加热丝(34)、扰流器(35)和引线(31)，所述引线(31)与加热丝(34)相连，缠绕于支柱(32)上，共同包裹于金属外壳内；所述扰流器(35)设于金属外壳底部。7.根据权利要求1所述一种适用于测量溶气流体比定压热容的装置，其特征在于，所述数据采集系统包括电子计算机(7)与数字万用表(8)，所述数字万用表(8)和直流电源(9)均分别与压力变送器(16)第一温度计(28)、第二温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向阳，朱晨阳，杨峰，何茂刚，张颖，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61