專利名稱：使用帶槽篩板的納米流體動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)納米流體動(dòng)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(dòng)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(huì)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(duì)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(píng)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(cè)法、以及吸光度測(cè)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(huì)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(jiǎn)便。該方法的不足之處是對(duì)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(dòng)態(tài)環(huán)境)的穩(wěn)定性情況。Zeta電位法主要是測(cè)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(duì)值越大，粉體之間的靜電斥力占優(yōu)勢(shì)，不易團(tuán)聚，說明體系分散穩(wěn)定好；因此可以通過測(cè)量納米微粒表面^ta電位的大小來評(píng)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(duì)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(cè)法是通過觀測(cè)分散體系中納米微粒的粒度或粒徑分布的評(píng)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(cè)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(cè)試法是利用納米流體中納米微粒對(duì)一定波長(zhǎng)(特征波長(zhǎng))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(cè)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(dòng)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(dòng)狀態(tài)下的，為了清楚研究納米流體動(dòng)態(tài)下的穩(wěn)定性，所以本裝置采用動(dòng)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)配合吸光度測(cè)試方法來進(jìn)行納米流體動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性研究。一種使用帶槽篩板的納米流體動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的測(cè)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(dòng)泵連接，下層流道的首尾兩端通過下層流道蠕動(dòng)泵連接；所述篩板的篩孔孔徑尺寸為0. Imm士 20%。所述取液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(dòng)泵來提供動(dòng)力，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來模擬納米流體實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程，再利用分光光度計(jì)來測(cè)定吸光度研究納米流體在動(dòng)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. 1mm，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(dòng)中具有沉降的傾向性，由于篩子原理，流動(dòng)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(cè)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(dòng)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(dòng)態(tài)納米流體顆粒擾動(dòng)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(cè)試或者粒度分析，由于對(duì)象是納米流體與團(tuán)聚顆粒的復(fù)雜組合體，所以動(dòng)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，本發(fā)明的關(guān)鍵之處在于提供穩(wěn)定流動(dòng)的同時(shí)，利用篩板使流動(dòng)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(dòng)態(tài)流動(dòng)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(cè)試或者粒度分析就能清楚得到納米流體的動(dòng)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(dòng)態(tài)納米流體顆粒擾動(dòng)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(cè)試或者粒度分析，由于對(duì)象是納米流體與團(tuán)聚顆粒的復(fù)雜組合體，所以動(dòng)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，本發(fā)明的關(guān)鍵之處在于提供穩(wěn)定流動(dòng)的同時(shí)，利用篩板使流動(dòng)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(dòng)態(tài)流動(dòng)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(cè)試或者粒度分析就能清楚得到納米流體的動(dòng)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(duì)于可逆沉降的納米流體(靜態(tài)下沉降后擾動(dòng)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性。因?yàn)閷?duì)于可逆沉降，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(dòng)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(dòng)態(tài)應(yīng)用穩(wěn)定性優(yōu)異的納米流體。例如，對(duì)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(zhǎng)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。但是通過本發(fā)明的檢測(cè)裝置能直接檢測(cè)納米流體的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。由于已有研究表明動(dòng)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(duì)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1是一種使用帶槽篩板的納米流體動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的分析裝置流道與蠕動(dòng)泵鏈接示意圖。圖2是一種使用帶槽篩板的納米流體動(dòng)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(dòng)泵1，下層流道蠕動(dòng)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)施例方式本發(fā)明公開了一種使用帶槽篩板的納米流體動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的測(cè)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(dòng)泵構(gòu)成。其特點(diǎn)在于通過2個(gè)蠕動(dòng)泵來提供一種穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來模擬納米流體實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程，再利用分光光度計(jì)來測(cè)定吸光度研究納米流體在動(dòng)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. 1mm，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(dòng)中具有沉降的傾向性，由于篩子原理，流動(dòng)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(cè)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(dòng)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(duì)于可逆沉降的納米流體(靜態(tài)下沉降后擾動(dòng)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性。拓寬了能應(yīng)用的納米流體范圍，對(duì)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(dòng)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(dòng)泵1實(shí)現(xiàn)特定速度的流動(dòng)。下層流道調(diào)節(jié)下層流道蠕動(dòng)泵2流速與上層流道蠕動(dòng)泵1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1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，通過取液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(duì)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定性優(yōu)劣程度。本發(fā)明裝置適用于納米流體動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的檢測(cè)，并特別適合于靜置下發(fā)生可逆沉降的納米流體的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種使用帶槽篩板的納米流體動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的測(cè)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(dòng)泵連接，下層流道的首尾兩端通過下層流道蠕動(dòng)泵連接；所述篩板的篩孔孔徑尺寸為0. Imm士20%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述使用帶槽篩板的納米流體動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的測(cè)試裝置，其特征是所述取液器伸入取液孔的取液深度是50mm.
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述使用帶槽篩板的納米流體動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的測(cè)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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用帶槽篩板的納米流體動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的測(cè)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(dòng)泵連接，下層流道的首尾兩端通過下層流道蠕動(dòng)泵連接；所述篩板的篩孔孔徑尺寸為0.1mm±20％。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(cè)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(dòng)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(hào)G01N21/31GK102435561SQ201110269379
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)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(qǐng)人:東南大學(xué)