一种适用于低沸点液体粘度测量的金属毛细管粘度计

　　1前言

　　粘度是流体主要的热物性参数之一，在石油、化工、轻工、交通、国防、航天等研究领域都有重要的应用，而且往往是不可缺少的，因此研究人员依据实际需要发展了多种粘度测量的方法口其中，毛细管粘度计因其测量精度高，结构简单，而成为了目前液体粘度测量中应用最广的一种粘度计，而且被应用于粘度标准的制定。然而传统的毛细管粘度计，特别是玻璃毛细管粘度计不适合低沸点工质的粘度测量，因此研究人员发展了密封型的玻璃毛细管粘度计[1-3]，并且应用于许多制冷工质的粘度测量阵[5]。然而，这类玻璃毛细管粘度计都需要通过放气或抽气的方式来实现粘度的测量，因此不适合于混合物特别是含低沸点流体的粘度测量，原因在于放气或抽气会导致混合物成分发生变化。

　　在文献同中，Ripple提出了一种金属毛细管的粘度计，而且被用于多种纯质的粘度测量[7]，结果表明，此粘度计的测量精度可以与玻璃毛细管相当，但它在实验中需要不断测量液面高度，整个测量过程相对复杂和困难。

　　本文的工作就是在文献[6]粘度计的基础上，结合玻璃毛细管粘度计计时泡的特点，研制了一种新的金属毛细管粘度计。新的粘度计利用翻转方式来完成升液过程，从而避免了放气对混合物成分的影响，可以实现混合物粘度的测量。

　　2毛细管粘度计的测量原理

　　根据哈根一泊肃叶定律(Hagen一poiseuille)，如果流体仅在重力的作用下，则其在圆管中作层流流动时，考虑到流动的动能损失、末端损失和浮力作用，下式成立

式中，为流体动力粘度;t为流动时间;V为一定时间t内流过毛细管的流体体积;二为动能修正系数;L为毛细管长;R为毛细管半径;PL为待测流体液相密度;pv为待测流体气相密度;h为毛细管中液柱高度;g为重力加速度;n为末端修正系数。

式中，V为流体运动粘度;A，B与温度无关;k随温度的升高而降低。

　　当采用相对测量时，对于同一粘度计，其尺寸固定，L、v、R、h为常数,给g,m,n可近似为常数，因此，A、B的值固定，实际中也称之为仪器常数。因此，只要测出液体流过毛细管的时间，就可以确定出运动粘度。，进而由液体的密度计算出动力粘度，。但如要进一步提高测量精度，则必须考虑m值对B值的影响，具体情况可见文献[11]。

　　3本文毛细管粘度计的结构

　　本文提出的粘度测量装置是一改型的Ubbelo-hde毛细管粘度计，如图1所示。为了能够承受高压，粘度计的主体和毛细管均为不锈钢材料。上储液器为一特定的形状，相当于乌别洛特粘度计的上下刻度线、计时泡和辅助泡的组合体。下储液器为一圆柱形空腔。下储液器和上储液器之间通过焊接的方式连接一根毛细管和一根旁通管。其中毛细管流体在管内流动为稳定层流，另外，还要保证毛细管不易被阻塞。为了减少起始段的影响，毛细管应有足够的长度一般要求长度L=100、200mm，但设计时受到恒温槽高度的限制，取L=120mm。旁通管管径为8mm，旁通管的作用:一方面保证毛细管内液体上下联通，流动液体的液柱被完全“悬挂”起来，使得液柱高度与装液体积无关，从而提高了测试的精度。另一方面，当粘度计翻转时，使得下储液器的液体能够顺利回流到上储液器中以完成前面所谓的升液进而实现连续性实验。