HFC152a/HCFC22混合工质气相粘度实验测量

     0　引　言

    振动盘式粘度计已被广泛地用来测量低粘度流体特别是气体的粘度,它通过测量悬挂在流体中的振动圆盘的有衰减的简谐振动来确定流体的粘度;如果设计、加工以及实验时控制精确,可同时进行粘度和密度的测量^[1].本文利用振动盘式粘度计测量了HFC152a/HCFC22两种组分下的气相粘度,为混合工质的更进一步推广应用提供了准确的物性数据.

    1　振动盘式粘度计结构及原理简介

    振动盘式粘度计结构如图1所示.给振动盘一个初始扭矩,它就会以悬丝为对称轴作扭动.由于周围流体的粘性会对盘的扭动有阻力,所以实际上盘的运动是有固定衰减的扭动.为了防止由于温差等原因造成的二次回流的影响,在振动盘的上、下各安装了固定盘,在悬挂系统的最下部的反射镜可以将外界射入的一束激光反射出去,通过反射光的偏转就可以测量振动盘的扭动的周期和衰减率^[2].通过此周期和衰减率,加上仪器的固有常数,就可以确定出流体的粘度.

    振动盘式粘度计的测量原理为^[1～4]:悬挂在一细丝下的圆盘在以细丝为中心轴作振幅逐渐衰减的简谐运动时,其运动方程为

式中:ω₀= 2π/W₀,W₀为振动盘与悬丝系统在真空中振动的周期;I=πρ-R⁴h为振动盘的转动惯量,ρ-为振动盘的密度;τ=ω0t为无量纲时间,t为时间;Δ₀为振动盘在真空中的对数衰减率;M(τ)为流体对振动盘的粘性阻力矩,在真空中M(τ)= 0.

    该运动方程的初始条件为τ= 0时α(τ) =α0, dα(τ)/dτ= 0.

    定义名义边界层厚度;η为粘度(Pa·s),ρ为密度(kg/m³).

    定义无量纲量ξ=r/δ,ξ₀=R/δ,ζ=z/δ,ζ₀=h/δ.

    对方程(1)进行变换求解,其解为

    (S+Δ₀)²+ 1 +D(S) = 0               (2)

    S= (-Δ+ i)W₀/W(3)

    为简化计算,令θ=W0/W,即在真空中的振动周期与流体中的振动周期之比.

    实部方程:

    一般在测量中,如果只测量粘度,则为了减小实验误差,常采用虚部方程作为测量的工作方程^[2];其详细的表达形式可参阅文献^[2、3].

    2　实验系统固有常数的确定及校核实验

    在真空下测量了振动周期和对数衰减率与温度的变化关系,通过测量氮气粘度和文献给出粘度^[5]的对比确定了工作方程的修正项.为了检验实验系统的可靠性和准确性,测量了HCFC22的气相粘度,将它和文献给出粘度^[5、6]进行了对比,如表1所示;最大偏差不超过3%,说明实验系统准确可靠,可以进行混合工质的粘度测量.