恒溫槽的選購指南（流動(dòng)篇）

恒溫槽作為一種非常常規(guī)且常見的恒溫裝置，已被廣泛應(yīng)用于生物技術(shù)、化學(xué)、半導(dǎo)體、醫(yī)療技術(shù)、汽車、航空航天等眾多領(lǐng)域。如圖1所示，在面對(duì)恒溫槽的選擇和使用情況下，參數(shù)設(shè)定需要考慮眾多實(shí)際問題。每一項(xiàng)恒溫槽參數(shù)的背后都會(huì)有1-2項(xiàng)機(jī)械或物性參數(shù)對(duì)其影響，如循環(huán)泵揚(yáng)程和流量都需要綜合考慮泵性能曲線及恒溫介質(zhì)的物性等參數(shù)。

圖1 恒溫槽參數(shù)及影響因素

在選擇和使用恒溫槽時(shí)，需要考慮流體流動(dòng)狀態(tài)、介質(zhì)選擇和換熱效率等參數(shù)。本文，我們從流體流動(dòng)先來講一講。

關(guān)于液體的流動(dòng)性

恒眾所周知的，流體的流動(dòng)性好不好，我們必然會(huì)考慮的就是流體粘不粘，也就是粘度。粘度分為動(dòng)力粘度（μ）和運(yùn)動(dòng)粘度（ν），兩者的換算方式為：

μ = ν × ρ

即 動(dòng)力粘度 = 運(yùn)動(dòng)粘度 × 介質(zhì)密度

注意：ρ：g/cm³；μ：mPa·s；ν：cSt；或者ρ：kg/m³；μ：Pa·s；ν：m²/s

動(dòng)力粘度通常使用的單位為泊（P）、厘泊（cP）、毫帕秒（mPa·s）和帕秒（Pa·s）等，相互之間的換算關(guān)系如下：

1 P = 100 cP = 0.1 Pa·s = 100 mPa·s

運(yùn)動(dòng)粘度通常使用的單位為m²/s、斯（St）和厘斯（cSt）等，相互之間的換算關(guān)系如下：

1 m²/s = 10⁴ St = 10⁶cSt

液體怎么在管道內(nèi)流動(dòng)

圖2 某管道內(nèi)流體流動(dòng)示意圖

如圖2所示，流體在管道中的流動(dòng)遵循流體的機(jī)械能守恒獲得流體流動(dòng)的方程。即：壓力勢能+動(dòng)能+重力勢能=常數(shù)。如圖2所示管道內(nèi)流動(dòng)過程，在理想狀態(tài)下，1點(diǎn)位和2點(diǎn)位的能量應(yīng)該是守恒的，即：

然而實(shí)際情況下，由于摩擦等存在，從1點(diǎn)位流到2點(diǎn)位必然會(huì)有能量損失，因此為了能夠使等式成立，往往需要考慮在前端施加動(dòng)力，在后端考慮損失。正因此，泵可以給流體提供外加壓頭，而管道尺寸、形狀、變徑、彎頭、閥門等等均會(huì)產(chǎn)生管道阻力而產(chǎn)生壓頭損失，因此對(duì)上式變形可得：

其中，以圖2為例，等式從左到右八項(xiàng)分別為 1點(diǎn)靜壓頭、1點(diǎn)動(dòng)壓頭、1點(diǎn)位壓頭、外加壓頭、2點(diǎn)靜壓頭、2點(diǎn)動(dòng)壓頭、2點(diǎn)位壓頭、壓頭損失。

由此，我們可以得到以下結(jié)論

1、流體的流速、流量均與動(dòng)力粘度成反比；

2、壓降與動(dòng)力粘度成正比；

3、流體的粘度越大，則表示流體的流動(dòng)性越差；

4、外循環(huán)管路過長、過細(xì)、有過多管道連接件都會(huì)導(dǎo)致大量的能量損失而阻礙流動(dòng)；

5、當(dāng)外負(fù)載管路阻力較高時(shí)應(yīng)考慮升高泵壓。

關(guān)于雷諾數(shù)——Re

此外，在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，我們?nèi)绾卧u(píng)估流體的粘度對(duì)流動(dòng)影響是否嚴(yán)重以及流體的流動(dòng)狀態(tài)呢？我們需要引入一個(gè)無量綱參數(shù)，雷諾數(shù)——Re，其計(jì)算方式如下：

Re=duρ/μ

其中，d為管道的當(dāng)量直徑，μ為流體的粘度、ρ為流體的密度、u為流體的流速。根據(jù)Re的從小到大，可以將流體的流動(dòng)狀態(tài)分為層流、過渡流和湍流，如果想要流體在流動(dòng)的過程中有充分的返混，那么需要加大雷諾數(shù)是流體進(jìn)入湍流；如果想要層層推進(jìn)，沒有返混那么就要讓流體流動(dòng)緩慢，處于層流狀態(tài)。

那么層流和湍流對(duì)于恒溫有什么影響呢？讓我們留個(gè)小懸念，我們下次再討論~

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