一种多孔板水通量及水蒸发速率的测试系统及方法

本发明涉及多孔材料水特性的测试，具体涉及一种多孔板水通量及水蒸发速率的测试系统及方法。

背景技术：

1、多孔材料在诸多领域，比如吸附、气体扩散、存储、催化、水处理等方面都发挥着重要作用。在处理工业废水和提供家庭净水行业已广泛应用微滤膜及超滤膜等多孔介质滤芯，为了确保过滤工艺的安全性，对滤芯的完整性测试至关重要，其中最为关键的是泡点压力以及水通量的测试。另外，多孔板在工程热力学的应用领域，如燃料电池极板设计、板式加湿器装置中，可以对板的一侧气体进行加湿，使气体达到预期的湿度。因此，对多孔板水通量和水蒸发速率的测试是表明其水处理能力的两个关键参数。

2、在一般的滤芯测试设备中，通常针对的是管式多孔滤材，由于固定夹具的缺乏，针对多孔板的测试较为少见，尤其是小面积的薄板测试更为罕见。此外，在有关实验中需要关注多孔板水蒸发速率，是现阶段技术未曾涉及的。

3、专利cn201521128905.3公开了一种多孔材料水通量测试仪，该装置包括作为气源的气瓶、安装在气瓶口的减压阀、检测台、设置在检测台上的第一调压阀、第二调压阀、三通、精密气表、样品槽、水箱、用于给水箱补水的补水装置、水表和水龙头；所述气瓶通过管道分别通过安装在气瓶口的减压阀、第一调压阀、第二调压阀和三通，所述三通的出口端一端通过管道通入水箱，另一端与精密气表相连；所述水箱设有一个用于给水箱补水的补水装置，水箱中压出的水经管道进入样品槽后与水表连接，所述水表后设有水龙头。此实用新型可精确控制气压，保证测试气压的稳定，并可以直观、有效的测量多孔材料的水流量，仪器组成简单，操作方便。但是，该专利技术没有控制水的温度，而且无法测试多孔材料的水蒸发速率和泡点压力。另外，该技术对多孔材料的装样要求较为繁琐。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种多孔板水通量及水蒸发速率的测试系统及方法，尤其可以针对小面积多孔薄板开发固定夹具，灵活性强，并且可以同时测试水通量、水蒸发速率以及泡点压力，综合表征多孔板的水特性参数。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种多孔板水通量及水蒸发速率的测试系统，包括样品夹具，以及与样品夹具连通的两路流体进通路和三路流体出通路，其中，两路流体进通路为：高压气源连接减压阀，然后分成两条并联支路，其一支路为依次连接的精密调压阀a、流量计a、压力计a，耐压容器到达样品夹具；另一支路为依次连接的精密调压阀b、干燥器a、流量计b、压力计b以及开关阀门a到达样品夹具；三路流体出通路为：第一条支路包括依次连接的开关阀门b和储液瓶，实现多孔板液态水通量的测试；第二条支路包括依次连接的开关阀门c、压力计c、缓冲瓶和真空泵，将样品抽真空促进其完全润湿过程；第三条支路包括依次连接的开关阀门、干燥器b、背压阀和干燥器c，实现多孔板水蒸发速率的测试和测量起泡压力。

4、进一步地，所述的耐压容器为内盛有水的密封容器，耐压容器密封性良好，其密封盖上有多个接口，包括气体进口，液体出口，安全扣接口以及放气泄压口，并配套有水位传感器和外部水泵，实现自动补水功能。

5、进一步地，所述的开关阀门a、开关阀门b、开关阀门c和开关阀门d为球阀或电磁阀。

6、进一步地，样品置于样品夹具内，样品的厚度为0.1-10mm。

7、进一步地，所述的样品夹具包括水腔与流体腔，二者通过螺栓和多级密封圈进行预紧和多重密封，同时设置有加热棒孔和热电偶孔，所述的样品夹具可以灵活开发成不同的形状，也可根据不同的样品尺寸开槽。

8、进一步地，所述的加热功能和温度监测在耐压容器和样品夹具内都分布，管路用保温棉进行绝热保温。样品夹具内的加热棒孔成对称分布，热电偶孔尖端靠近样品夹具正中心。

9、一种采用多孔板水通量及水蒸发速率的测试方法，包括测试多孔板水通量的方法、测试水蒸发速率和起泡压力的方法：

10、测试多孔板水通量的方法包含以下步骤：

11、s1：将样品放入样品夹具中，并施加压力使密封圈压缩；

12、s2：开关阀门a和开关阀门d保持关闭，打开高压气源，通过减压阀和精密调压阀a将气体压力调至所需压力值，流量计a控制气体流量；

13、s3：耐压容器内的气体将水排出至样品夹具的水腔，水进一步经过样品将其润湿，从样品夹具的另一侧排出；

14、s4：关闭开关阀门b，打开开关阀门c，开启真空泵,抽出样品内多余气体；

15、s5：待管路中形成稳定的水流，管内无气泡后，关闭开关阀门c，开启开关阀门b，液态水经过开关阀门b流向储液瓶；

16、s6：在规定的时间段t内收集液态水质量m，样品的面积为a，通过控制耐压容器内水的温度，样品的温度可由样品夹具中的热电偶被精准控制在需要的温度，多孔板的水通量可由下式计算：

17、测试水蒸发速率的方法包含以下步骤：

18、s1：将样品放入样品夹具中，并施加压力使密封圈压缩；

19、s2：开关阀门a和开关阀门d保持关闭，打开高压气源，通过减压阀和精密调压阀a将气体压力调至所需压力值，流量计a控制气体流量；

20、s3：耐压容器内的气体将水排出至样品夹具的水腔，水进一步经过样品将其润湿，从样品夹具的另一侧排出；

21、s4：关闭开关阀门b，打开开关阀门c，开启真空泵,抽出样品内多余气体；

22、s5：待形成连续的水流，管路内无气泡时，关闭开关阀门c，打开开关阀门b，调节流量计b，将夹具中流体腔内的液态水全部吹出样品夹具；

23、s6：待管路中观察不到液态水流动时，打开开关阀门d再关闭开关阀门b，调节精密调压阀b与背压阀，使得压力计b的示数比压力计a的示数大于0.1bar；

24、s7：液态水不断在界面处蒸发，被气流携带至干燥器b，称取在规定时间t内干燥器b增加的质量m，样品的面积为a，通过控制耐压容器内水的温度，样品的温度可由样品夹具中的热电偶被精准控制在需要的温度，可通过式子计算得：水蒸发速率＝m/at；

25、s8：水蒸发速率测试完毕后，调节背压阀使气体压力增大，直到在样品夹具的水腔侧看到连续上升的气柱，此时压力计b和压力计a的示数差，为样品的起泡压力。

26、优选的，所述的耐压容器内充气压力0.01～1.0mpa，充气流量10-100ml/min。

27、优选的，所述的样品夹具内的加热棒温度为20℃-90℃。

28、优选的，所述的样品夹具流体腔压力为0.01～1.0mpa，通气流量为50-1000ml/min。

29、优选的，所述的缓冲瓶内负压优选-0.05～-0.095mpa。

30、优选的，所述的水通量收集时间为1～5min，水蒸发速率的收集时间为10～60min，泡点压力测量时，压力升高速率为0.01～0.1mpa/min，更优选的压力升高速率为0.01～0.03mpa/min，防止多孔板瞬间起泡带来的测量误差。

31、本发明测试系统通过控制水路与气路的切换，以及分别控制水腔和气腔内的压力，可以精准测量多孔材料的水通量、水蒸发速率和泡点压力等关键的水特性参数。而且可以灵活开发不同夹具，对多孔薄板进行测试，极大拓宽了本发明的适用性。进一步地，本发明还包括流量控制和温度控制系统，可以对不同工况下的参数进行测量，更加安全可靠实用。

32、与现有技术相比，本发明的有益点分为以下几个方面：

33、1、集成度高：测试系统同时包含三种测试模式，通过切换管路即可实现，提高了系统装置的经济性，操作简便。

34、2、可靠性强：系统装置各部件紧密连接，各腔室内流体的压力、温度、流量等关键参数均可以监测并控制，耐压容器配备有安全扣，容器内压力提升较快时可以紧急泄压，提高了系统的安全可靠性。

35、3、适用性宽：夹具可以根据多孔板样品的形状灵活开发，不再局限于大型管式多孔滤芯材料。

36、4、本发明可以在不同温度下测试多孔材料的水通量，在此基础上集成了水蒸发速率的测试功能，并且只需要根据样品形状更改密封夹具的设计即可，无需进行额外的密封操作。