金属压扁型正压漏孔不同压力下的漏率研究

在不同入口和出口压力条件下,正压漏孔的漏率值会发生变化,在使用时需要对正压漏孔的校准值进行修正。对2支金属压扁型正压漏孔在多种压力条件下进行漏率测量,给出了测量结果,然后根据管道流导理论推导出正压漏孔漏率随压力变化的修正公式,并对修正结果与实验测量数据进行了研究分析。     

正压标准漏孔校准装置

为校准适用于气密检漏仪及流量控制仪表的正压标准漏孔,研制正压标准漏孔校准装置。校准装置由气源压力自动控制部分、被测标准漏孔、皂膜流量计标准组3部分组成。气源压力自动控制部分采用PLC实现整个系统的自动控制,根据标准漏孔的气源压力自动提供压力波动不超过±1%气源。校准装置可以对气源压力在1~1600kPa,漏率在0.001~20L/min范围内正压标准漏孔进行校准,相对扩展不确定度为1.7%~2.0%(k=2)。研究气源压力波动对标准漏孔漏率的影响,气源压力在±1%,±5%波动时,标准漏孔漏率波动与气源压力波动基本一致。     

基于不同气体和压力下通道型正压标准漏孔漏率的分析

依据JJF 1627-2017《皂膜流量计标准漏孔校准规范》以及正压标准漏孔校准装置,分别分析了在高纯空气、高纯氮气、高纯氦气和不同压力条件下对漏孔漏率的影响。研究结果表明,同种气体在较小的压力下,漏孔中的漏率与压力成比例关系。此外,同种气体通过漏孔的漏率会随进口压力的增大而增大,在进口端压力相同且压力较大的条件下,高纯氦气的漏率值最大,这说明气体分子的黏滞性是影响漏率大小的主要因素。     

气体介质、压强及校准方法对真空漏孔漏率的影响

真空标准漏孔作为标定检漏仪或被测量漏率的参考标准,在核工业、航天航空等领域得到了广泛应用。本文利用氦质谱检漏仪和定容法对标准漏孔(铭牌漏率:2.3×10-6Pa·m3/s,He,23℃)进行校准,以为快速地定量研究聚变材料中氘(D2)或氦(He)行为提供有用的参考。研究结果表明,漏孔漏率随入口端气体压强的增大而增大,并与漏孔两端气体介质压强的平方差呈线性递增关系。同一入口压强下,D2的漏率高于He,且漏率之间的差异随压强增加而变大。同一条件下,定容法和氦质谱检漏仪测得漏孔中示漏气体He的漏率值基本相等,但示漏气体为D2时,氦质谱检漏仪测得的漏率值高于定容法。研究还给出了氦质谱检漏仪测量示漏气体D2时漏孔漏率的修正关系式。     

微纳通道型真空漏孔研究进展

传统真空漏孔存在难以实现尺寸可控制作、分子流压力范围有限等问题,而利用微纳通道型真空漏孔可以有效解决上述问题。本文阐述了一维/二维微纳通道型真空漏孔的加工方法,即使用光学曝光、刻蚀工艺在硅基底上制备微纳沟槽,结合键合技术实现微纳通道密封;通过金属封装、玻璃浆料键合、毛细管连接工艺实现硅基微纳通道型真空漏孔与金属真空法兰的封装连接。该类型漏孔有望在真空计量、极小流量控制和漏率测试等方面取得应用。     

温度对正压漏孔校准装置本底漏率影响的研究

在实验室条件下,由于温度变化引起正压漏孔校准装置本底漏率变化是影响正压漏孔校准下限的主要因素,因此正压漏孔校准装置采用水浴恒温技术,采取主动恒温与被动恒温相结合的方式进行恒温,以减小因温度变化对本底漏率的影响。通过实验研究,采取恒温措施后,本底漏率降低到1.36×10-9Pa×m3/s,正压漏孔的测量下限可以扩展到2.667×10-8Pa×m3/s,延伸了正压漏孔标准的下限。     

温度对石墨烯真空标准漏孔漏率的影响研究

石墨烯真空标准漏孔是基于石墨烯衍生材料研制的新型真空标准漏孔,其漏率下限低于一般的石英渗氦型标准漏孔,可用于超灵敏度检漏系统的校准。基于石墨烯的材料特性,石墨烯真空标准漏孔的漏率会随温度变化。本文针对温度对石墨烯真空标准漏孔漏率的影响进行了研究,通过测量漏孔在不同温度环境下的漏率,得到该种漏孔的温度系数与变化规律。研究结果表明,石墨烯真空标准漏孔的漏率随温度呈线性变化,且温度系数低于2.5%/℃。     

模拟刚性正压漏孔的泄漏率与压力关系研究

为满足大型氦气工程试验回路(Helium Test Loop,HTL)工作状态下泄漏率的精确定量要求,进行了模拟刚性高压标准漏孔的研制工作。采用石英玻璃钻孔法制作得到正压漏孔2支,测定了漏孔在入口压力为0.7~7.0 MPa(表压),出口为大气压(绝对压力100 k Pa)和真空(绝对压力10 Pa)两种情况下的泄漏率,并且采用圆导管模型模拟了2支漏孔在不同压力范围下泄漏率与压力之间的关系,发现He气通过两支漏孔的泄漏为粘滞-分子流状态,漏率与压差之间的关系可以采用二次多项式进行拟合,拟合相关性系数良好。研究结论很好的揭示了刚性漏孔在较高压力下的泄漏状态,并且为正压检漏在相对较高压力范围内(0~7 MPa)的应用提供了良好的校准工具。     

不同气体和压力对真空漏孔漏率的影响

针对目前大多数标准漏孔的漏率都是在He和入口压力为100 kPa下的漏率,采用定容变压法校准了铭牌漏率为2.3×10~(-6)Pa·m~3/s的标准真空漏孔在使用H_2、He、D_2三种气体时,在不同入口压力下的漏率。预先对系统进行了加热除气后计算了系统本底漏率大小,并探讨了本底漏率对校准漏孔漏率的影响。结合粘滞流-分子流理论研究了不同气体和漏孔入口压力对漏孔漏率的影响。     

多孔泡沫金属内层流强制对流传热的相界面温差分析

基于简单立方体模型,应用Brinkman-Forchheimer-extended Darcy流动模型并结合边界层理论,分析了边界恒热流条件下的多孔泡沫金属通道内层流强制对流时流体与多孔泡沫金属间的相界面温差,结果表明,相界面温差随着流体流速的增大而减小.随着多孔泡沫金属孔密度的增大而减小,而随着多孔泡沫金属孔隙率的增大而增大.     

一种下限为10~(-10)Pa·m~3/s的正压漏孔校准装置

为了解决漏率小于10~(-8)Pa·m~3/s正压漏孔(示漏气体为He气)的校准问题,研制出下限可达10~(-10)Pa·m~3/s的校准装置。提出基于累积比较的正压漏孔校准方法,通过向漏孔入口充入100 kPa高纯度N_2气模拟大气压环境,将漏孔泄漏后的示漏气体引入累积室经过一段时间的累积来提高浓度,采用膨胀衰减压力和分子流进样将混合气体引入质谱分析室,提出对质谱分析室中示漏气体进行累积模式的测量方法,通过四极质谱计作为比较器分别测量漏孔泄漏形成的混合气及配置的标准混合气体在累积模式下离子流的变化率得到漏孔漏率,解决了无法测量微小示漏气体离子流信号的技术瓶颈;采用全金属密封结构和特殊的工艺处理解决了累积室中延伸下限由于本底示漏气体的影响因素,采用体积小于1 mL的取样室通过直接取样和膨胀衰减压力取样获得与漏孔累积后形成同等数量的标准混合气体,解决了微小漏率正压漏孔校准所用标准混合气体获得。为此基于累积比较法的正压漏孔校准方法实现了10~(-8)～10~(-10)Pa·m~3/s的校准范围,合成标准不确定度不超过7. 5%。     

通道式标准漏孔测量结果不确定度评定

通道式标准漏孔是指在规定的温度和压力下,对于规定气体向大气端提供已知漏率的一种用来校准用的正压标准漏孔,一般用于气密检漏仪的校验。文章根据国家校准规范JJF 1627—2017《皂膜流量计法标准漏孔校准规范》及国家计量技术规范JJF 1059[1].1—2012《测量不确定度评定与表示》,研制了一套用于正压标准漏孔校准的装置,详细分析了通道式标准漏孔校准过程中引入的各不确定度因素,最后给出了校准结果的扩展不确定度。     

多孔泡沫金属相界面传热系数的研究

基于简单立方体模型并采用翅片理论分析得出了流体在多孔泡沫金属通道内层流强制对流时相界面传热系数的表达式,并在不同条件下研究了流体流速和孔隙结构对相界面传热系数的影响,结果表明,相界面传热系数随着流体流速的增大而增大,随着多孔泡沫金属孔密度的增大而增大,而随着多孔泡沫金属的孔隙率的增大先增大后减小。     

铝熔体泡沫形成过程中粘度对孔结构影响

采用简便有效的测量搅拌电机功率的方法控制铝熔体泡沫化过程的粘度，研究了粘度、温度与孔结构的关系，随熔体表观粘度提高泡沫孔径变小。合适的表观粘度有利于提高泡沫孔径分布的均匀性、获得高的孔隙率、泡沫孔径随温度提高而增大。     

含油制冷剂在泡沫金属圆管内流动沸腾的换热特性

实验研究了填充泡沫金属的圆管内制冷剂与润滑油混合物流动沸腾换热特性。实验对象为两根分别填充5PPI、90%孔隙率与10PPI、90%孔隙率泡沫铜的圆管,以及相同管径的光管。实验工况为蒸发压力995kPa,质流密度为10~30 kg/(m2.s),热流密度为3.1~9.3kW/m2,入口干度0.175~0.775,油浓度为0~5%。实验结果表明:纯制冷剂工况下,泡沫金属的存在强化流动沸腾换热,换热系数最多提高185%;含油工况下,泡沫金属强化换热的效果弱化;相同工况下,更小的孔径可以提高流动沸腾换热系数,相比5PPI泡沫金属的实验数据,10PPI的泡沫金属可以使换热系数最多提高0.6倍。基于流型建立了填充泡沫金属的圆管内制冷剂与润滑油流动沸腾换热系数的预测模型,预测模型与98%的实验数据误差在±30%以内。     

不同压力下正压漏孔漏率研究

在不同出口和入口压力下校准了1只正压漏孔,给出了校准结果并进行了讨论,按照黏滞流-分子流理论拟合校准曲线,给出了不同压力下计算漏率的公式。     

球形孔通孔和闭孔泡沫铝合金的超声衰减性能

研究了球形孔通孔和闭孔泡沫铝合金在1 MHz～10 MHz的超声衰减性能.结果表明:泡沫铝合金的超声衰减性能决定于其孔结构;通孔泡沫铝合金的超声衰减系数α随着孔径d的减小、孔隙率Ps减小和比表面积Sv的增加而增大;闭孔泡沫铝合金的超声衰减系数α随孔径d的减小、孔隙率Ps的增加和比表面积Sv的增加而增大;当孔径d、孔隙率Ps相近时,闭孔泡沫铝合金的超声衰减性能优于通孔泡沫铝合金;在1 MHz～10 MHz二者是具有良好阻尼性能的轻质材料.其衰减机制为在弹性范围内超声应力波在具有大量孔隙界面的泡沫铝合金中的衰减.     

固定流导法真空漏孔校准装置

为了精确校准较小漏率真空漏孔,研制了固定流导法真空漏孔校准装置。在漏孔校准过程中,通过调节稳压室中的压力,很容易使标准气体流量与漏孔漏率非常接近或相等,从而避免四极质谱计的非线性影响。通过实验测试,校准装置的极限真空度为3.7×10-6Pa,漏率校准范围为10-5Pa.m3/s~10-11Pa.m3/s,合成标准不确定度为1.4%~4.2%。     

非He气态检漏工质漏率转化为He标准漏率的可行性

以纯He、及一定浓度He、Xe、SF_6与N_2的混合气体示漏,研究了将浓度检漏法获得的非氦示漏气体漏率转化为He标准漏率的可行性。研究结果表明,对于纯粘滞流和纯分子流,依据现有的理论,通过粘滞系数、压力、温度、分子质量等参数的校正,可以进行不同示漏气体间漏率的转换。但由于He分子直径小,与其它示漏气体分子显著不同,即便在相同漏孔、相同压力条件,其流动状态也可能存在差异,进而影响计算结果的准确性。对于过渡流,由于其流动状态的复杂性,可以按照分子流和粘滞流漏率转换方法界定漏孔He标准漏率的范围。对于粘滞流,相同压力条件下不同示漏气体漏率的差异主要由气体粘滞系数引起,采用混合气体示漏时各组分具有相同的泄漏速率;当漏孔中气流处于过渡流或分子流时,混合气体各组分会出现不同的泄漏速率,当气流为分子流状态时,各组分泄漏速率差异达到最大。     

德国联邦物理技术研究院(PTB)气体微流量计量评介

在真空技术应用中 ,高精度气体微流量计用于连续膨胀法校准系统压力的产生、漏孔漏率的测量以及真空泵抽速的测定。PTB先后研制了三代气体微流量计 ,第一代为手动型 ,第二代为半自动型 ,第三代为全自动型。本文详细介绍了PTB研制的气体微流量计的性能和特点 ,并介绍了气体微流量计在真空漏孔的漏率测量方面的应用。另外 ,还介绍了PTB最近研制的大气压力下漏孔漏率测量系统的性能和特点