專利名稱：使用帶槽篩板的納米流體動態(tài)穩(wěn)定性的測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種檢測納米流體動態(tài)穩(wěn)定性的分析裝置。特別是靜態(tài)可逆沉降的納米流體的動態(tài)穩(wěn)定性研究裝置。
背景技術(shù)：
納米流體被認(rèn)為具有提高換熱系統(tǒng)能效的潛力。但懸浮在納米流體中的納米微粒會發(fā)生團(tuán)聚和沉降，使納米流體逐漸退化為普通流體。因此盡量減少納米流體中納米微粒的團(tuán)聚與沉降，使納米流體在實(shí)際使用中發(fā)揮其應(yīng)有的作用。而作為對納米流體強(qiáng)化換熱研究的第一步，需要能夠?qū){米微粒的團(tuán)聚沉降特性進(jìn)行評估。目前常用的納米微粒團(tuán)聚沉降特性的方法主要基于靜態(tài)研究，方法主要分為沉降法、Zeta電位法、粒度觀測法、以及吸光度測試等方法。沉降法是將分散好的分散體系靜置，然后觀察沉降物的體積或高度。由于納米流體沉降會形成分界面，沉降法可以真實(shí)地反應(yīng)納米微粒在液體介質(zhì)中的分散穩(wěn)定性，而且操作簡便。該方法的不足之處是對于分散穩(wěn)定性好的納米流體而言，很難精確指出沉降界面的位置，誤差比較大。并且該方法不能反映納米流體實(shí)際應(yīng)用環(huán)境(動態(tài)環(huán)境)的穩(wěn)定性情況。Zeta電位法主要是測定納米流體的zeta電位來判斷穩(wěn)定性的方法。Zeta電位的絕對值越大，粉體之間的靜電斥力占優(yōu)勢，不易團(tuán)聚，說明體系分穩(wěn)定好；因此可以通過測量納米微粒表面Zeta電位的大小來評估分散體系的分散穩(wěn)定性。用該方法可以很快地得出試驗(yàn)結(jié)果，但是該方法是在靜電穩(wěn)定機(jī)制的理論基礎(chǔ)建立起來的，而對于空間位阻機(jī)制的納米流體該方法并不使實(shí)用。粒度觀測法是通過觀測分散體系中納米微粒的粒度或粒徑分布的評估方法。分散穩(wěn)定性好的分散體系中納米微粒的尺寸應(yīng)該是一次納米微粒的尺寸。相反粒度較大者，一方面說明該體系有一定程度的團(tuán)聚，另一方面說明納米微粒在體系中所受重力影響較大， 沉降速度加快，從而加速了體系的不穩(wěn)定性。測量納米微粒粒度的方法很多，如使用透射電鏡和粒度分析儀等儀器。吸光度測試法是利用納米流體中納米微粒對一定波長(特征波長)入射光有吸收作用，納米微粒越多則吸收的光也越多，納米流體的吸光度也就越大。因此可以通過測量納米流體吸光度的方法來衡量納米流體的穩(wěn)定性，吸光度越大則說明流體中懸浮的粉體越多，也就是說其分散穩(wěn)定性越好，當(dāng)吸光度不再變化時(shí)則說明納米流體中的納米微粒達(dá)到了分散穩(wěn)定的狀態(tài)。
發(fā)明內(nèi)容由現(xiàn)有技術(shù)中的研究可知，沉降法、Zeta電位法缺乏普遍性，目前研究中基于動態(tài)穩(wěn)定性的研究還很欠缺，然而納米流體的實(shí)際應(yīng)用中大部分是在流動狀態(tài)下的，為了清楚研究納米流體動態(tài)下的穩(wěn)定性，所以本裝置采用動態(tài)流動系統(tǒng)配合吸光度測試方法來進(jìn)行納米流體動態(tài)穩(wěn)定性研究。一種使用帶槽篩板的納米流體動態(tài)穩(wěn)定性的測試裝置，包括流道、取樣器和分光光度計(jì)；所述流道上設(shè)有取液孔，取樣器與取液孔可拆卸連接，所述分光光度計(jì)與取樣器可拆卸連接，其特征是所述流道分為上層流道和下層流道，上、下層流道之間設(shè)有篩板，上、下層流道內(nèi)液體流向相同；上層流道的首尾兩端通過上層流道蠕動泵連接，下層流道的首尾兩端通過下層流道蠕動泵連接；所述篩板的篩孔孔徑尺寸為0. 1臟±20%。所述取樣器伸入取液孔的深度是50mm。所述流道的沿流道內(nèi)液體流向的截面是環(huán)形或方形本裝置的特點(diǎn)在于利用兩個(gè)蠕動泵來提供動力，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來模擬納米流體實(shí)際運(yùn)動過程，再利用分光光度計(jì)來測定吸光度研究納米流體在動態(tài)下的分散穩(wěn)定性。作用方法是通過篩板(篩孔選用150目，孔徑尺寸為0. 1_，大于普通納米顆粒團(tuán)聚體)的作用， 而納米流體中較大的較重的納米顆粒在流動中具有沉降的傾向性，由于篩子原理，流動過程中團(tuán)聚形成的較大較重的納米顆粒(< 0. Imm)在篩板作用下基本上匯聚于篩板下方，而穩(wěn)定分散的納米顆粒則仍能停留在篩板上方。篩板上的凹槽可以用來存放大于篩孔的特別大的團(tuán)聚體(大于0. Imm)，以免大于孔徑尺寸的納米流體團(tuán)聚體堵塞篩孔。這樣可以將納米流體中穩(wěn)定懸浮的小顆粒和易沉降的較大團(tuán)聚體分開，再通過測定篩板上方某一高度的吸光度，便能很好的研究出納米流體的動態(tài)穩(wěn)定性，從而更好地選擇與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境相匹配的納米流體。由于動態(tài)納米流體顆粒擾動較大，團(tuán)聚的顆粒與穩(wěn)定分散的納米顆粒摻雜在一起，如果直接取樣進(jìn)行穩(wěn)定性研究，不論吸光度測試或者粒度分析，由于對象是納米流體與團(tuán)聚顆粒的復(fù)雜組合體，所以動態(tài)系統(tǒng)取樣得到的結(jié)果往往較難分析其分散穩(wěn)定性，本實(shí)用新型的關(guān)鍵之處在于提供穩(wěn)定流動的同時(shí)，利用篩板使流動中團(tuán)聚顆粒具有沉降傾向性，使納米流體與團(tuán)聚體能得到較好的分離。這樣一定時(shí)間動態(tài)流動過后，團(tuán)聚體由于受到較大的重力作用而自然沉降，將大部分匯聚于下層流道，而穩(wěn)定分散的納米顆粒由于顆粒之間的作用(靜電機(jī)制或者空間位阻機(jī)制)能夠停留在上層流道，這樣，通過取樣篩板上層固定高度的納米流體進(jìn)行吸光度測試或者粒度分析就能清楚得到納米流體的動態(tài)穩(wěn)定性情況，而通過取樣下層流道進(jìn)行粒度分析也能作為納米顆粒團(tuán)聚體機(jī)制的研究手段。有益效果由于動態(tài)納米流體顆粒擾動較大，團(tuán)聚的顆粒與穩(wěn)定分散的納米顆粒摻雜在一起，如果直接取樣進(jìn)行穩(wěn)定性研究，不論吸光度測試或者粒度分析，由于對象是納米流體與團(tuán)聚顆粒的復(fù)雜組合體，所以動態(tài)系統(tǒng)取樣得到的結(jié)果往往較難分析其分散穩(wěn)定性，本實(shí)用新型的關(guān)鍵之處在于提供穩(wěn)定流動的同時(shí)，利用篩板使流動中團(tuán)聚顆粒具有沉降傾向性，使納米流體與團(tuán)聚體能得到較好的分離。這樣一定時(shí)間動態(tài)流動過后，團(tuán)聚體由于受到較大的重力作用而自然沉降，將大部分匯聚于下層流道，而穩(wěn)定分散的納米顆粒由于顆粒之間的作用(靜電機(jī)制或者空間位阻機(jī)制)能夠停留在上層流道，這樣，通過取樣篩板上層固定高度的納米流體進(jìn)行吸光度測試或者粒度分析就能清楚得到納米流體的動態(tài)穩(wěn)定性情況，而通過取樣下層流道進(jìn)行粒度分析也能作為納米顆粒團(tuán)聚體機(jī)制的研究手段。對于可逆沉降的納米流體(靜態(tài)下沉降后擾動再分散屬于可逆沉降)，相比靜態(tài)穩(wěn)定性研究，本裝置能更加真實(shí)的研究出納米流體的動態(tài)穩(wěn)定特性。因?yàn)閷τ诳赡娉两?，采用靜態(tài)穩(wěn)定性分析的方法得到的結(jié)果可能覺得納米流體分散性不佳，而采用本裝置的動態(tài)穩(wěn)定性分析裝置，可以得到雖然靜態(tài)狀態(tài)下可逆沉降但是實(shí)際動態(tài)應(yīng)用穩(wěn)定性優(yōu)異的納米流體。例如，對于換熱性能優(yōu)異的Au、Ag、Cu、Al等納米流體以及其氧化物Cu0、A1203通等， 由于其金屬本身導(dǎo)熱系數(shù)高，其納米流體通常具有較高的換熱性能。但是這類納米顆粒由于密度較大，較重的顆粒很難長時(shí)間分散在液相基液中，雖然經(jīng)過一些穩(wěn)定性強(qiáng)化處理，但靜態(tài)穩(wěn)定性一般只能持續(xù)幾天或者一周。這樣這類納米流體的應(yīng)用就顯得受到限制。但是通過本實(shí)用新型的檢測裝置能直接檢測納米流體的動態(tài)穩(wěn)定性。由于已有研究表明動態(tài)穩(wěn)定性要優(yōu)于靜態(tài)穩(wěn)定性。所以本裝置能拓寬納米流體的應(yīng)用范圍，特別是靜態(tài)下發(fā)生可逆沉降的納米流體的應(yīng)用范圍。對納米流體相應(yīng)的工程應(yīng)用研究提供一定的指導(dǎo)作用。

圖I是一種使用帶槽篩板的納米流體動態(tài)穩(wěn)定性的分析裝置流道與蠕動泵鏈接示意圖。圖2是一種使用帶槽篩板的納米流體動態(tài)穩(wěn)定性的分析裝置流道形狀以及與取樣器連接示意圖。其中有上層流道蠕動泵1，下層流道蠕動泵2，下層流道3，帶槽篩板4， 上層流道5，取樣口 6，微型取樣器7，分光光度計(jì)8。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型公開了一種使用帶槽篩板的納米流體動態(tài)穩(wěn)定性的測試裝置。其主要由矩形截面的流道、帶槽篩板、微型取樣器、分光光度計(jì)、2個(gè)蠕動泵構(gòu)成。其特點(diǎn)在于通過 2個(gè)蠕動泵來提供一種穩(wěn)定的運(yùn)動，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來模擬納米流體實(shí)際運(yùn)動過程，再利用分光光度計(jì)來測定吸光度研究納米流體在動態(tài)下的分散穩(wěn)定性。作用方法是通過篩板(篩孔選用150目，孔徑尺寸為0. 1_，大于普通納米顆粒團(tuán)聚體)的作用，而納米流體中較大的較重的納米顆粒在流動中具有沉降的傾向性，由于篩子原理，流動過程中形成的較大較重的納米顆粒團(tuán)聚體(< 0. Imm)在篩板作用下基本上匯聚于篩板下方，而穩(wěn)定分散的納米顆粒則仍能停留在篩板上方。篩板上的凹槽可以用來存放大于篩孔的特別大的團(tuán)聚體(大于
0.1mm)，以免大于孔徑尺寸的納米流體團(tuán)聚體堵塞篩孔。這樣可以將納米流體中穩(wěn)定懸浮的小顆粒和易沉降的較大團(tuán)聚體分開，再通過測定篩板上方某一高度的吸光度，便能很好的研究出納米流體的動態(tài)穩(wěn)定性，從而更好地選擇與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境相匹配的納米流體。對于可逆沉降的納米流體(靜態(tài)下沉降后擾動再分散屬于可逆沉降)，相比靜態(tài)穩(wěn)定性研究， 本裝置能更加真實(shí)的研究出納米流體的動態(tài)穩(wěn)定特性。拓寬了能應(yīng)用的納米流體范圍，對納米流體相應(yīng)的工程應(yīng)用研究提供一定的指導(dǎo)作用。其中流道總體形狀可以根據(jù)納米流體的實(shí)際應(yīng)用情況設(shè)計(jì)為環(huán)形或者方形(本例采取環(huán)形流道如圖2)，蠕動泵流速也可以根據(jù)納米流體的實(shí)際應(yīng)用情況調(diào)整流速大小及雷諾數(shù)。上層流道通過上層流道蠕動泵I實(shí)現(xiàn)特定速度的流動。下層流道調(diào)節(jié)下層流道蠕動泵2流速與上層流道蠕動泵I保持一致。將以某種配置方法制備的納米流體裝入系統(tǒng)流道后，在系統(tǒng)運(yùn)行特定時(shí)間后(比如48小時(shí)或者I周)，利用帶槽篩板是納米流體中穩(wěn)定分散部分與團(tuán)聚體部分形成一定分離，通過取樣器從取液孔特定深度位置處取液，并采用分光光度儀進(jìn)行穩(wěn)定性分析。通過對比各種配置方法得到的納米流體的吸光度大小，從而可以判斷出配制出的各種納米流體動態(tài)穩(wěn)定性優(yōu)劣程度。本實(shí)用新型裝置適用于納米流體動態(tài)穩(wěn)定性的檢測，并特別適合于靜置下發(fā)生可逆沉降的納米流體的動態(tài)穩(wěn)定性檢測。
權(quán)利要求1.一種使用帶槽篩板的納米流體動態(tài)穩(wěn)定性的測試裝置，包括流道、取樣器和分光光度計(jì)；所述流道上設(shè)有取液孔，取樣器與取液孔可拆卸連接，所述分光光度計(jì)與取樣器可拆卸連接，其特征是所述流道分為上層流道和下層流道，上、下層流道之間設(shè)有帶槽篩板，上、 下層流道內(nèi)液體流向相同；上層流道的首尾兩端通過上層流道蠕動泵連接，下層流道的首尾兩端通過下層流道蠕動泵連接；所述篩板的篩孔孔徑尺寸為o. lmm±20%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述使用帶槽篩板的納米流體動態(tài)穩(wěn)定性的測試裝置，其特征是所述取樣器伸入取液孔的取液深度是50mm.
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述使用帶槽篩板的納米流體動態(tài)穩(wěn)定性的測試裝置，其特征是所述流道的沿流道內(nèi)液體流向的截面是環(huán)形或方形。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種使用帶槽篩板的納米流體動態(tài)穩(wěn)定性的測試裝置，包括流道、取樣器和分光光度計(jì)；所述流道上設(shè)有取液孔，取樣器與取液孔可拆卸連接，所述分光光度計(jì)與取樣器可拆卸連接，其特征是所述流道分為上層流道和下層流道，上、下層流道之間設(shè)有帶槽篩板，上、下層流道內(nèi)液體流向相同；上層流道的首尾兩端通過上層流道蠕動泵連接，下層流道的首尾兩端通過下層流道蠕動泵連接；所述篩板的篩孔孔徑尺寸為0.1mm±20％?？梢詫⒓{米流體中穩(wěn)定懸浮的小顆粒和易沉降的較大團(tuán)聚體分開，再通過測定篩板上方某一高度的吸光度，便能很好的研究出納米流體的動態(tài)穩(wěn)定性，從而更好地選擇與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境相匹配的納米流體。
文檔編號G01N21/31GK202305399SQ201120340998
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者杜塏, 楊柳 申請人:東南大學(xué)