一种高粘度流体温度特性测试试验台及方法

摘要

本发明公开了一种高粘度流体温度特性测试试验台及方法，该试验台包括液压系统、数据采集系统、水浴循环加热系统、流体输送缸一、流体输送缸二、测试管路和椭圆齿轮流量计，液压系统包括液压缸一和液压缸二，水浴循环加热系统包括恒温水浴槽、水槽一、水槽二、热水泵一、热水泵二和热水泵三，测试管路包括水浴加热段和测试段；该方法依靠液压系统推动流体输送缸一和流体输送缸二内的流体进入测试管路进行水浴加热，通过数据采集系统对测试管路内部流体的压降进行测试，通过椭圆齿轮流量计考察测试过程中的流量。本发明实现了测试管路内部流体精确控温、大跨度流速控制以及多重因素耦合影响下的圆管流动性能研究。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高粘度流体温度特性测试试验台及方法。

背景技术

原油或石油加工产品(如：化工原料、润滑剂、石蜡、沥青等)通常表现出较高粘 度，这导致此类流体在利用管路转运过程中管路阻力较大，流动性能差。同时，该类流 体普遍具有较为明显的粘温特性，即温度升高，流体的粘度下降，流动性能变好。

然而，目前高粘度流体温度特性的研究多为定性分析，缺乏定量研究。粘温特性无 法实现较好的现场应用效果。例如，重质原油在通过管路输送过程中，多需采用加热的 方法降低原油的粘度，然而加热温度和时间等关键参数仅凭借经验进行估算。长距离的 管路输运过程中，管路阻力无法精确评估，造成了泵送设备性能参数选择的盲目性。另 一方面，大多高粘性流体在管路流动过程中，存在较为明显的壁滑移效应，这对流体的 输送具有明显促进作用。壁滑移与流体流速、管路材质、管径、管壁粗糙度、流体温度 等均具有直接关系，为多重因素耦合影响。但是，目前关于这方面的研究还没有相应的 测试装置及方法，研究同样仅局限在定性分析。此外，高粘度流体在加热过程中，热交 换效率低，常出现加热时间长、加热不均的现象，这对流体流动的准确评价存在一定困 难，实验误差较大。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高粘度流体温度特性测试试 验台及方法，实现测试管路内部流体精确控温、大跨度流速控制以及多重因素耦合影响 下的圆管流动性能研究。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种高粘度流体温度特性测试 试验台，包括液压系统、数据采集系统、水浴循环加热系统、流体输送缸一、流体输送 缸二、测试管路和椭圆齿轮流量计；

液压系统包括液压缸一和液压缸二，液压缸一的活塞杆通过联轴器连接流体输送缸 一的活塞杆，液压缸二的活塞杆通过联轴器连接流体输送缸二的活塞杆，流体输送缸一 缸体直径小于流体输送缸二缸体直径，流体输送缸一的无杆腔和流体输送缸二的无杆腔 均设有入液口和出液口，流体输送缸二的出液口连接流体输送缸一的入液口；

水浴循环加热系统包括恒温水浴槽、水槽一、水槽二、热水泵一、热水泵二和热水 泵三，热水泵三的出口和热水泵二的入口分别连接水槽一，热水泵二的出口和热水泵一 的入口分别连接水槽二，热水泵一的出口和热水泵三的出口分别连接恒温水浴槽；

测试管路包括水浴加热段和测试段，水浴加热段设置在水槽一内，测试段设置在水 槽二内，水浴加热段的入液端与流体输送缸一的出液口相连并设置有压力表，水浴加热 段的出液端与测试段的入液端相连，测试段的出液端与椭圆齿轮流量计的入口相连，椭 圆齿轮流量计的出口设有收集装置；

数据采集系统包括出口端压力传感器、入口端压力传感器、数据采集卡和工控机， 出口端压力传感器设置在测试段的出液端与椭圆齿轮流量计的入口之间，入口端压力传 感器设置在水浴加热段的出液端与测试段的入液端之间，出口端压力传感器的信号输出 端和入口端压力传感器的信号输出端均通过数据采集卡连接工控机的信号输入端。

进一步的，所述液压系统包括泵站、溢流阀、电磁换向阀、节流调速阀、液压缸一 和液压缸二，泵站的出液口分别连接电磁换向阀的入液口和溢流阀的入液口，电磁换向 阀的出液口和溢流阀的出液口分别连接泵站的回液口，电磁换向阀的换液口一通过节流 调速阀分别连接液压缸一的液压接口一和液压缸二的液压接口一，液压缸一的液压接口 二和液压缸二的液压接口二分别连接电磁换向阀的换液口二。

根据上述测试试验台的高粘度流体温度特性测试方法：测试之前，依靠液压系统推 动流体输送缸一和流体输送缸二内的流体进入测试管路的水浴加热段和测试段进行水 浴加热，水浴加热依赖热水泵一、热水泵二和热水泵三将恒温水浴槽中的热水泵送至水 槽一和水槽二中，并最终依赖热水泵一使热水回至恒温水浴槽，构成对测试管路的水浴 加热段和测试段内高粘度流体的循环水浴加热；测试过程中，利用水浴加热段的流体对 测试段进行一段时间内的恒温流体补充，通过出口端压力传感器和入口端压力传感器对 该温度下测试段内部流体的压降进行测试，通过椭圆齿轮流量计考察测试过程中通过测 试管路的流体流量。

进一步的，测试过程中，液压系统分别推动较小缸径的流体输送缸一的活塞杆和较 大缸径的流体输送缸二的活塞杆以相同速度运动，流体输送缸一、流体输送缸二推出的 高粘度流体流量不同，实现双速输送，进而可实现大跨度流速控制区域下温度对高粘度 流体圆管流动性能影响的测试。

进一步的，通过更换所述测试段管路的材质、管径和管壁粗糙度，进而考察多重因 素耦合影响下温度对高粘度流体圆管流动影响的变化规律。

有益效果：1、测试试验台可精确控温，最大限度消除流体内部存在的温度梯度， 减小实验误差；2、采用双缸结构，可实现大跨度流速控制；3、可考察不同管路材质、 管壁表面粗糙度、管径等的影响，探究多重因素耦合影响规律；4、高粘度流体流动过 程中为活塞流形态，本试验台依靠等温流体的驱逐流动，可以保证测试过程中流体温度 为恒定值。该试验台及测试方法克服了现有高粘度流体温度特性测试过程中存在的诸多 不足。

附图说明

图1是本发明的整体系统原理图；

图2是本发明的液压系统原理图；

图3是本发明的数据采集系统原理图。

图中：1-液压系统，2-流体输送缸一，3-手动球阀一，4-水浴加热段，5-水槽一，6- 数据采集系统，7-椭圆齿轮流量计，8-收集装置，9-测试段，10-水槽二，11-热水泵一， 12-热水泵二，13-恒温水浴槽，14-热水泵三，15-压力表，16-手动球阀二，17-手动球阀 三，18-流体输送缸二，19-联轴器，101-泵站，102-溢流阀，103-电磁换向阀，104-液压 缸一，105-液压缸二，106-手动球阀组，107-节流调速阀，601-数据采集卡，602-出口端 压力传感器，603-入口端压力传感器，604-工控机。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1至3所示，本发明的高粘度流体温度特性测试试验台包括液压系统1、数据 采集系统6、水浴循环加热系统、流体输送缸一2、流体输送缸二18、测试管路和椭圆 齿轮流量计7。

所述液压系统1包括泵站101、溢流阀102、电磁换向阀103、节流调速阀107、液 压缸一104和液压缸二105，泵站101的出液口分别连接电磁换向阀103的入液口和溢 流阀102的入液口，电磁换向阀103的出液口和溢流阀102的出液口分别连接泵站101 的回液口，电磁换向阀103的换液口一通过节流调速阀107分别连接液压缸一104的液 压接口一和液压缸二105的液压接口一，液压缸一104的液压接口二和液压缸二105的 液压接口二分别连接电磁换向阀103的换液口二。在节流调速阀107与液压缸一104的 液压接口一和液压缸二105的液压接口一的连接管路上，以及液压缸一104的液压接口 二和液压缸二105的液压接口二与电磁换向阀103的换液口二的连接管路上均设有手动 球阀组106。

液压缸一104的活塞杆通过联轴器19连接流体输送缸一2的活塞杆，液压缸二105 的活塞杆通过联轴器19连接流体输送缸二18的活塞杆，流体输送缸一2缸体直径小于 流体输送缸二18缸体直径，流体输送缸一2的无杆腔和流体输送缸二18的无杆腔均设 有入液口和出液口，流体输送缸二18的出液口连接流体输送缸一2的入液口。流体输 送缸二18的入液口设有手动球阀三17，流体输送缸二18的出液口与流体输送缸一2 的入液口的连接管路上设有手动球阀二16。

水浴循环加热系统包括恒温水浴槽13、水槽一5、水槽二10、热水泵一11、热水 泵二12和热水泵三14，热水泵三14的出口和热水泵二12的入口分别连接水槽一5， 热水泵二12的出口和热水泵一11的入口分别连接水槽二10，热水泵一11的出口和热 水泵三14的出口分别连接恒温水浴槽13。

测试管路包括水浴加热段4和测试段9，水浴加热段4设置在水槽一5内，测试段 9设置在水槽二10内，水浴加热段4的入液端与流体输送缸一2的出液口相连并设置有 压力表15以及手动球阀一3，水浴加热段4的出液端与测试段9的入液端相连，测试段 9的出液端与椭圆齿轮流量计7的入口相连，椭圆齿轮流量计7的出口设有收集装置8。

数据采集系统6包括出口端压力传感器602、入口端压力传感器603、数据采集卡 601和工控机604，出口端压力传感器602设置在测试段9的出液端与椭圆齿轮流量计7 的入口之间的连接管路上，入口端压力传感器603设置在水浴加热段4的出液端与测试 段9的入液端之间的连接管路上，出口端压力传感器602的信号输出端和入口端压力传 感器603的信号输出端均通过数据采集卡601连接工控机604的信号输入端。

根据上述测试试验台的高粘度流体温度特性测试方法：测试之前，依靠液压系统1 推动流体输送缸一2和流体输送缸二18内的流体进入测试管路的水浴加热段4和测试 段9进行水浴加热，水浴加热依赖热水泵一11、热水泵二12和热水泵三14将恒温水浴 槽13中的热水泵送至水槽一5和水槽二10中，并最终依赖热水泵一11使热水回至恒 温水浴槽13，构成对测试管路的水浴加热段4和测试段9内高粘度流体的循环水浴加热； 测试过程中，利用水浴加热段4的流体对测试段9进行一段时间内的恒温流体补充，通 过出口端压力传感器602和入口端压力传感器603对该温度下测试段9内部流体的压降 进行测试，通过椭圆齿轮流量计7考察测试过程中通过测试管路的流体流量。

在测试过程中，可以通过液压系统1分别推动较小缸径的流体输送缸一2的活塞杆 和较大缸径的流体输送缸二18的活塞杆以相同速度运动，流体输送缸一2、流体输送缸 二18推出的高粘度流体流量不同，实现双速输送，进而可实现大跨度流速控制区域下 温度对高粘度流体圆管流动性能影响的测试。

本发明高粘度流体温度特性测试方可以通过更换所述测试段9管路的材质、管径和 管壁粗糙度来进行多次测试，进而考察多重因素耦合影响下温度对高粘度流体圆管流动 影响的变化规律。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。