一種高溫高壓多組分流體界面性質測量系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種界面性質測量系統(tǒng)，尤其涉及一種高溫高壓多組分流體界面性質 測量系統(tǒng)，屬于流體的熱物性測試技術領域。
【背景技術】
[0002] 界面張力為流體重要的界面性質之一，影響著流體界面流動、傳熱、傳質以及界面 上發(fā)生的化學反應等重要物理化學過程，在石油化工領域中許多高效節(jié)能設備的開發(fā)和工 藝流程設計的優(yōu)化均有著重要的基礎作用。此外界面張力還可以作為篩選工質的指標之 一，例如制冷劑和清洗劑，均要求界面張力較小，已達到減小泵功和良好潤濕效果等目的。 因此，界面張力作為重要的熱物性參數(shù)，其準確測量無論對于科學研究還是工業(yè)應用都有 著重要的價值。
[0003] 通常界面張力的測量方法較多，主要有毛細上升法、懸滴法、Wilhelmy板法、表面 光散射法、表面波法、最大氣泡法、滴重法和吊環(huán)/片法等?？傮w上來講，前四種可以認為是 靜態(tài)的測量方法，特點是測量過程可以是完全的相平衡狀態(tài)，因此這四種方法更容易實現(xiàn) 較高的測量精度。毛細上升法雖然具有較高的測量精度，但一般認為這種方法對于液體與 毛細管的浸潤性要求很高，適用于浸潤性較好的液體，如制冷劑等。Wilhelmy板法與毛細 上升法類似，要求板與液體具有良好的浸潤性。表面光散射法是利用激光與液體表面的相 互作用，并通過研究被液體表面毛細波散射的光的時間相關特性獲得液體表面波的弛豫特 性，進而借助求解界面毛細波的色散方程，獲得液體的界面張力的一種方法。其特點是精 確、無浸潤性要求、適用于近臨界點等，但系統(tǒng)較為復雜。最大氣泡法和滴重法精度較低，一 般適用于工業(yè)現(xiàn)場，如高溫熔鐵、熔巖等界面張力的測量。吊環(huán)/片法對于流體與環(huán)/片的 浸潤性要求也較高，測試精度和使用范圍都受到了限制。懸滴法與其他方法相比具有較為 明顯的優(yōu)勢：精度高、適用于高壓且浸潤性要求較低。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明旨在提供一種高溫高壓多組分流體界面性質測量系統(tǒng)，采用懸滴法為實驗 方法，可以快速測量多相多組分的流體界面性質，為實驗室科學研究及工業(yè)上質量控制提 供方便。
[0005] 本發(fā)明提供了一種高溫高壓多組分流體界面性質測量系統(tǒng)，能快速測量多組分混 合物在溫度范圍為_40°C~ 180°C，壓力范圍為20MPa的界面性質。
[0006] 本發(fā)明提供了一種高溫高壓多組分流體界面性質測量系統(tǒng)，包括箱體、高壓實驗 本體、針頭、溫度控制裝置、加壓裝置、圖像采集和處理裝置，其特征在于：所述高壓實驗本 體位于箱體中心，高壓實驗本體一側設有冷卻管路，高壓實驗本體上、下方分別與加壓裝置 連接，高壓實驗本體內部設有溫度控制裝置，圖像采集和處理裝置分布在箱體四周；所述高 壓實驗本體包括高壓腔體、懸滴針管、坐滴針管、坐滴塊、密封裝置；所述高壓腔體的中心軸 線上分別設有懸滴針管和坐滴針管，懸滴針管和坐滴針管與高壓腔體的內部相通，高壓腔 體的左右兩端分別設有密封裝置，右端密封裝置依次包括第一中空的帶螺紋壓緊件、第一 導向鍵、第一墊片、第一觀察窗、第二墊片，第一觀察窗與坐滴塊接觸，左端密封裝置依次包 括第二中空的帶螺紋壓緊件、第二導向鍵、第三墊片、第二觀察窗、第四墊片； 懸滴針管與高壓腔體的連接處設有NPT型懸滴接口，坐滴針管與高壓腔體的連接處設 有NPT型坐滴接口，與高壓腔體的連接處設有NPT型第三流接口；懸滴接口、坐滴接口、第三 流接口處均設有緩沖區(qū)； 所述溫度控制裝置包括電加熱絲、加熱筒、銅盤管，在實驗本體的外表面均勻設有電加 熱絲，在本體兩側的觀察窗口外側設有輔助加熱筒，懸滴形成的管路設有電加熱絲，并利用 PID程序分別對實驗本體電加熱絲、觀察窗輔助加熱筒進行獨立溫度控制；為實現(xiàn)低于環(huán) 境溫度，在箱體內側四周布置冷卻銅盤管，通過引入冷卻液冷卻箱體內部空氣； 所述加壓裝置包括A、B、C三路加壓管路，其中A路為懸滴形成管路，C路為坐滴形成管 路，B路為第三種流體充灌管路；所述A路加壓管路包括A路真空泵，A路閥門，A路壓力傳 感器，A路儲液罐，A路高壓手動泵；所述B路加壓管路包括B路儲液罐，B路閥門，B路高壓 手動泵，B路壓力傳感器；所述C路加壓管路包括C路壓力傳感器，C路閥門，C路儲液罐，C 路商壓手動栗； 所述圖像采集和處理裝置包括LED光源、相機、計算機，所述LED光源位于箱體的左側， 相機位于箱體的右側，相機放置在三維調節(jié)平臺上方，相機與計算機連接。
[0007] 進一步地，所述觀察窗采用融石英，型號為JGS1。
[0008] 進一步地，所述懸滴針管、坐滴針管的外徑范圍為1. 2mm~ 2. 0mm,要求誤差范 圍為± 0.01mm，內徑范圍為0.3mm~ 0.8mm要求誤差范圍為0.01mm,且針管的上方有 40謹3~50謹3的儲液池。
[0009] 進一步地，所述坐滴塊為截面為弦截圓的柱體，弦截圓內徑與高壓腔體的內徑相 同，柱體一側平面中心位置沿堅直方向設置有直徑為2. 5_的通孔。坐滴塊可以采用不同 材料，與坐滴針管配合，可以測量流體在坐滴塊上的接觸角。
[0010] 本發(fā)明還包括上述高溫高壓多組分流體界面性質測量系統(tǒng)在測量飽和狀態(tài)下純 物質或混合物的界面張力的應用。
[0011] 本發(fā)明還包括上述高溫高壓多組分流體界面性質測量系統(tǒng)在測量流體在固體界 面上的接觸角以及接觸角隨溫度變化的應用。
[0012] 本發(fā)明應用于不同流體的懸滴針頭以及溫度和壓力控制方案： (1) 本發(fā)明的高壓實驗本體，可以測量懸滴和坐滴，即同時可以測量界面張力和接觸 角； (2) 懸滴針頭外徑可以作為標尺，外徑的尺寸范圍為D= 1.2mm~ 2.0 _，要求誤差 范圍為±0. 01mm;內徑范圍為d= 0.3mm~0.8mm,要求誤差范圍為±0. 01mm，針管的 上方設計有40mm3~50mm3的儲液池； (3) 用于坐滴法測量接觸角時，設計有坐滴塊，可以采用不同材料，方便測量液體在不 同材料表面的接觸角； (4) 實驗本體的溫度控制方案為PID控制，需對實驗本體、兩側觀察窗和以及懸滴、坐 滴、第三種流體充灌管路分別進行溫度控制；低溫下，同時需對箱體內的環(huán)境進行溫度控 制。
[0013] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的特點和優(yōu)勢在于： (1) 實驗系統(tǒng)溫度可以控制的非常精確，一般地，在測試范圍內可以達到±3mK/2h; (2) 采用不同內外徑針頭組合，可以實現(xiàn)較大范圍界面張力測量的需求； (3) 配合3路手動泵，可以實現(xiàn)多組分，氣-液、液-液界面張力測量； (4) 實驗本體體積很小，為42cm3~48cm3,很容易實現(xiàn)較高的溫度和壓力，且拆卸和清 洗方便； (5) 界面張力測量的精度和可靠性較高，該系統(tǒng)測量界面張力的精度可達±0.5 %。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明測量系統(tǒng)的結構示意圖； 圖2為本發(fā)明實驗本體的剖視圖； 圖3為圖2中沿A-A線的剖面圖； 圖4為本發(fā)明懸滴針管的結構示意圖。
[0015] 圖中：1 :本體，2 :冷卻管路，3:LED光源，4 :相機，5 :三維調節(jié)平臺，6:A路真空泵， 7:A路閥門，8:A路壓力傳感器，9:A路儲液罐，10:A路高壓手動泵，11:B路儲液罐，12:B 路閥門，13:B路高壓手動泵，14:B路壓力傳感器，15 :第二觀察窗輔助加熱筒，16 :第一觀 察窗輔助加熱筒，17:C路壓力傳感器，18:C路閥門，19:C路儲液罐，20 :C路高壓手動泵， 21 :箱體，22 :計算機，23 :懸滴接口，24 :高壓腔體，25 :懸滴針管，26 :第一中空的帶螺紋的 壓緊件，27 :第一導向鍵，28 :第一墊片，29 :第一觀察窗，30 :第二墊片，31 :坐滴針管，32 : 坐滴塊，33 :坐滴接口，34 :第三流接口，35 :腔體控溫鉬電阻孔，36 :腔體測溫鉬電阻孔，37 : 第三墊片，38 :第二觀察窗，39 :第四墊片，40 :第二中空的帶螺紋的壓緊件，41 :第二導向 鍵。
【具體實施方式】
[0016] 下面通過實施例和附圖來進一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例。
[0017] 實施例： 如圖1~4所示： 一種高溫高壓多組分流體界面性質測量系統(tǒng)，包括箱體21、高壓實驗本體1、針頭、溫 度控制裝置、加壓裝置、圖像采集和處理裝置，其特征在于：所述高壓實驗本體1位于箱體 21中心，高壓實驗本體1 一側設有冷卻管路2,高壓實驗本體2上、下方分別與加壓裝置連 接，高壓實驗本體2內部設有溫度控制裝置，圖像采集和處理裝置分布在箱體21四周； 所述高壓實驗本體包括高壓腔體24、懸滴針管25、坐滴針管31、坐滴塊32、密封裝置； 所述高壓腔體24的中心軸線上分別設有懸滴針管25和坐滴針管31，懸滴針管25和坐滴針 管31與高壓腔體24的內部相通，高壓腔體24的左右兩端分別設有密封裝置，右端密封裝 置依次包括第一中空的帶螺紋壓緊件26、第一導向鍵27、第一墊片28、第一觀察窗29、第二 墊片30,第