专利名称：一种适用于单相流动型流体的密度测定方法及其测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于单相流动型流体密度测定的方法，该方法基于流体力学恒 定流质量守恒定律来测定不同压力及温度下单相流体的密度，主要应用于航空航天以及石 油化工等缺少碳氢燃料物性数据的相关领域。
背景技术：
随着航空发动机涡轮前温度和压气机增压比的提高，从压气机后级引出的冷却空 气温度也逐渐提高，这将导致冷却气体的冷却品质降低，给发动机热端部件的冷却带来极 大的挑战。在冷气用量和冷却结构在短时间内无法大幅改变的情况下，利用航空燃料的高 热沉的特性对冷却气体进行冷却，降低冷却气体的温度，不仅可以提高冷却气体的冷却品 质，同时，还有利于航空燃料的雾化和燃烧，带来了较大的有效利用空间。但是，目前国内超 临界压力下航空煤油物性数据还极其缺乏，严重制约了超临界压力下航空煤油流动与换热 特性的基础研究及在各个领域的工程应用，这就需要有针对超临界压力下航空煤油物性数 据测量的方法或者装置。而目前存在的各种密度测试方法中属静态测量方法精度最高，但 其主要应用于低温低压下的测量，若将其应用到高温高压情况下则实现其测试的测试装置 及设备均十分复杂和昂贵，而精度同样很高的振动法虽然可以进行高压情况的测量，但因 其振动传感器不能在高温下运行从而也限制了它在工程上的应用。目前应用较多的Y射 线法虽然可进行高温高压的测量，但其要求所测量的介质密度不能太小，否则会引起很大 误差，甚至可能会出现测量结果为负值的情况，而碳氢燃料达到超临界状态以后，其密度变 化很大，已经超出Y射线所能测量的范围，并且Y射线会产生较强的辐射，影响人体的身 心健康。

发明内容
本发明针对在超临界压力下航空煤油物性数据测量所需装置十分复杂和昂贵，以 及高温高压下密度测量不准确的问题，提供一种适用于各种压力及温度下单相流动型流体 的密度测定方法，并研制了测试装置，该装置通过内部抽取真空，并在真空腔内部设置遮热 屏，可以有效减小实验过程中的对流换热热损失和辐射热损失，以便获得较为准确的密度 实验数据，为碳氢燃料的科学研究及工程应用提供有力依据。一种适用于单相流动型流体的密度测定方法为首先采用热电偶测量单相流体从 实验段进口流到实验段出口所需要的时间t，同时通过质量流量计测出流体的质量流量A，
然后用卡尺测出实验段的内径H与实验段的长度L，进一步得到流道截面积J = ;r〔|^2，最后 根据流体力学中质量流量定义得到单相流体的密度
LA所述单向流体在实验段内部的流动视为等温绝热流动。使用上述密度测定方法的一种适用于单相流动型流体的密度测定装置，包括真空 腔和测量部分，其中，测量部分包括热电偶、三通接头、金属网、实验段、转接管及引管；
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所述的实验段放置在真空腔内部，实验段两端通过转接管各连接有一个引管，在 两个转接管中实验段与引管连接处的周向平面上各放置有一金属网，转接管连接实验段及 引管的地方用氩弧焊焊接密封；所述的引管穿出真空腔两端的端盖，引管与端盖的连接处焊接密封；两个引管采 用螺纹或者焊接方式连接一个三通接头；两个热电偶分别通过两个三通接头插入引管中， 所述热电偶与金属网接触，热电偶采用螺纹卡套式接头与三通接头连接；所述的真空腔由端盖、真空腔外壳以及遮热屏组成；所述的真空腔外壳的两端各 焊接有一端盖，真空腔外壳上加工有一端口用于连接真空泵；所述的遮热屏置于真空腔外 壳与实验段之间，并被端盖中的定位槽卡住，遮热屏上加工有孔，用于连通遮热屏内外两 侧。所述的三通接头未使用的端口，一个用于流体流入口，一个用于流体流出口。所述的流体在实验段内部的流动可视为等温绝热流动。本发明的优点与积极效果在于(1)采用流动法测定单相流体的密度，实验操作简单方便，适用于各种压力及温度 下单相流体密度的测量，而静态测量方法如果不对实验设备进行大幅改动的话只能测量低 温低压下流体的密度，本发明的方法为中等测试精度，对测试设备的要求不高，克服了静态 测量方法在高温高压下流体密度测量的缺陷。(2)本发明装置的实验段在真空环境下进行，并采用遮热屏，有效降低了气体导热 和对流换热热损失以及辐射热损失。(3)本发明装置可以测定高温((SOO0C )高压(彡IOOMPa)下单相流体的密度， 测定范围相对现有的实验设备有大幅度提高，该装置如果采用耐温耐压性能更好的材料以 及用于更高温度测量的热电偶还可将测定范围继续提升。


图1为本发明的密度测定方法的流程图；图2为本发明的密度测定装置的剖面示意图。图中
权利要求
一种适用于单相流动型流体的密度测定方法，其特征在于，首先采用热电偶测量单相流体从实验段进口流到实验段出口所需要的时间t，同时通过质量流量计测出单相流体的质量流量所述实验段处于绝热状态，单相流体在实验段的流动为等温绝热流动；然后用卡尺测出实验段的内径H与实验段的长度L，进一步得到流道截面积最后根据流体力学中恒定流质量流量定义，得到单相流体的密度FSA00000204030400011.tif,FSA00000204030400012.tif,FSA00000204030400013.tif
2.根据权利要求1所述的一种适用于单相流动型流体的密度测定方法，其特征在于， 所述所述的单向流体为航空煤油。
3.一种用于实现权利要求1所述的密度测定方法的密度测定装置，其特征在于，该密 度测定装置包括真空腔和测量部分，其中，测量部分包括热电偶、三通接头、金属网、实验 段、转接管及引管；所述的实验段放置在真空腔内部，实验段两端通过转接管各连接有一个引管，在两个 转接管中实验段与引管连接处的沉孔定位平面上各设置有一金属网，转接管连接实验段及 引管的地方焊接密封；所述的引管穿出真空腔两端的端盖，引管与端盖的连接处焊接密封；两个引管采用螺 纹或者用焊接方式分别连接一个三通接头；两个热电偶分别通过两个三通接头插入引管 中，与所述金属网接触，热电偶采用螺纹卡套式接头与三通接头连接；所述的真空腔由端盖、真空腔外壳以及遮热屏组成；所述的真空腔外壳的两端各焊接 有一端盖，真空腔外壳上加工有一端口用于连接真空泵；所述的遮热屏位于真空腔内部，且 将置于真空腔的测量部分包围，并被端盖中的定位槽卡住，遮热屏上加工有孔，用于连通遮 热屏内外两侧；所述的三通接头未使用的端口，一个用于单相流体流入口，一个用于流体流出口。
4.根据权利要求2所述的一种适用于单相流动型流体的密度测定装置，其特征在于， 所述的热电偶采用工业I级精度K型热电偶，且其采集频率> 50ΗΖ。
5.根据权利要求2所述的一种适用于单相流动型流体的密度测定装置，其特征在于， 所述的实验段，其内的雷诺数> 2300。
6.根据权利要求2所述的一种适用于单相流动型流体的密度测定装置，其特征在于， 所述的真空腔，其内压力< lOOPa。
7.根据权利要求2所述的一种适用于单相流动型流体的密度测定装置，其特征在于， 所述的密度测定装置竖直使用，单相流体从上往下流。
8.根据权利要求2所述的一种适用于单相流动型流体的密度测定装置，其特征在于， 所述的焊接采用氩弧焊焊接。
全文摘要
本发明公开了一种适用于单相流动型流体的密度测定方法及其测定装置，其中，该密度测定方法基于流体力学中的恒定流质量守恒原理，主要通过利用实验段进出口热电偶响应的时间差来计算单相流体在实验段内的流动速度，病测定质量流量及其他相关数据，最后计算得到单相流体的密度。应用该方法的测定装置，通过内部抽取真空，并在真空腔内部设置遮热屏，实验段放置在遮热屏里，有效减小对流换热热损失和辐射热损失，能够获得较为准确的密度实验数据。本发明方法操作简单方便，适用于各种压力及温度下单相流体密度的测量。
文档编号G01N9/32GK101936865SQ20101023488
公开日2011年1月5日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者吴翰, 张斌, 张春本, 徐国强, 邓宏武, 陶智 申请人:北京航空航天大学