流體的粘度是工質(zhì)熱物性研究的重要內(nèi)容之一,它是化工、制冷、能源、材料等應(yīng)用領(lǐng)域中不可缺少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù).目前在CFCs替代研究中,許多工質(zhì)的粘度數(shù)據(jù)都亟需擴(kuò)充和完善.對于低粘度液體的測量,一般可用各種形式的毛細(xì)管粘度計、落球粘度計、旋轉(zhuǎn)粘度計等進(jìn)行,但難以得到高壓下的精確數(shù)值.氣體粘度的測量則難度更大. 本世紀(jì)初,以水蒸氣為代表的低粘度流體粘度的測量由于工業(yè)發(fā)展的需要而逐漸展開.在測量方法上,大部分人沿用了測量液體粘度的方法,如落球法、旋轉(zhuǎn)筒法、借助毛細(xì)原理設(shè)計的各種方法以及利用標(biāo)準(zhǔn)噴管的阻力損失來進(jìn)行測量等等.但大多數(shù)測量的范圍狹窄,結(jié)果不甚滿意. 低頻振動粘度計又稱振動盤粘度計,它在工作時是利用一個在被測流體中作簡諧衰減扭振的圓盤來測量粘度,通常盤是懸掛于一根高彈扭絲下,振動周期在10 s以上.由于其原理最先由Maxwell在18世紀(jì)提出,所以也有人稱Maxwell型粘度計,它在低粘度流體的測量上得到比較高的精度.

    相關(guān)專家總結(jié)了氣體粘度測量的諸多方法,首先利用振動盤粘度計來測量水蒸氣的粘度,并得到了較高的精度,同時,他們在Maxwell理論的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步發(fā)展了其測量理論,并又對設(shè)計進(jìn)行了改進(jìn),使之可用于液體和融鹽的粘度測定.其測量范圍達(dá)到 30 MPa和500℃. 日本在Brown大學(xué)之后很快建立了自己的試驗臺位,他們分別采用融解石英和不銹綱作為扭絲和盤的材料,并將振動盤的初始振動改用電磁激振,設(shè)計了較好的高壓定量加壓系統(tǒng), 整個測量系統(tǒng)的精度約1%.

    工作原理

    準(zhǔn)備測量時，先將本體轉(zhuǎn)動1個小角度，然后恢復(fù)原位，振動盤就會在彈性扭絲的作用下做振幅逐漸衰減的簡諧扭轉(zhuǎn)振動.由于小鏡是跟隨工作盤一起運動的，所以工作盤的運動軌跡可以通過記錄從小鏡反射出來的激光束的運動軌跡C到，由其運動軌跡可以直接得到振動的周期T和振幅的對數(shù)衰減率△，由這2個參數(shù)，可以追過工作方程計算出振動盤周圍流體的粘度.

    氣體的粘度測量

    我們利用自行研制的粘度試驗臺,首先對R152a氣體進(jìn)行了測量.由于氣相粘度一般較小,國外利用低頻振動粘度計進(jìn)行測量時都采用相對測量法.本試驗臺用于氣相粘度測量時發(fā)現(xiàn),若采用絕對測量法,誤差較大.所以,對R152a氣體粘度的測量也采用了相對方法. 首先,對試驗臺在真空下的振動周期和對數(shù)衰減率隨溫度的變化進(jìn)行測量然后測量了部分溫度和壓力下高純氮氣的振動周期和對數(shù)衰減率,并用實驗中提供的氮氣數(shù)據(jù)回歸出測量公式中校正項與邊界層厚度的關(guān)系;最后,在本試驗臺上對50～100℃及2.5 MPa范圍內(nèi)的R152a進(jìn)行了粘度測量.