測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)的多電導(dǎo)探針裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)的多電導(dǎo)探針裝置，包括多電導(dǎo)探針、信號(hào)電路、采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)后處理程序，多電導(dǎo)探針置于氣液反應(yīng)器內(nèi)，外接信號(hào)電路，信號(hào)電路輸出部位與采集系統(tǒng)連接，采集系統(tǒng)再與電腦連接把從信號(hào)電路采集到的電壓信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)后處理程序進(jìn)行計(jì)算處理，多電導(dǎo)探針端部是以一根電導(dǎo)探針為中心，另外在三維坐標(biāo)系的三個(gè)方向再分別布置一根電導(dǎo)探針，本裝置對(duì)于反應(yīng)劇烈的氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡運(yùn)動(dòng)，不僅能測(cè)量氣泡的上升速度，還能測(cè)量氣泡的二維和三維速度，也就是能測(cè)量到氣泡的速度場(chǎng)。
【專利說(shuō)明】測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)的多電導(dǎo)探針裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到通氣反應(yīng)器的氣泡速度場(chǎng)的測(cè)量，特別是高通氣率情況下的氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)的測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氣泡速度場(chǎng)對(duì)于提高氣液傳質(zhì)能力以及理解反應(yīng)器的性能具有重要的意義。目前測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)主要利用粒子成像測(cè)速儀，它將氣泡作為示蹤粒子，通過(guò)互相關(guān)算法來(lái)獲得氣泡速度場(chǎng)，這種方法只能用于低氣含率的場(chǎng)所，一般是氣含率小于5%。但是很多氣液反應(yīng)器，如攪拌式反應(yīng)器經(jīng)常具有較高的氣含率，這時(shí)就需要開(kāi)發(fā)能夠在高氣含率下測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)的工具。
[0003]目前已有雙電導(dǎo)探針用于測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡上升速度，對(duì)于反應(yīng)劇烈的氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡運(yùn)動(dòng)是多維的、復(fù)雜的，不僅需要測(cè)量氣泡的上升速度，還需要測(cè)量氣泡的二維和三維速度，也就是要獲得氣泡的速度場(chǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是開(kāi)發(fā)了多電導(dǎo)探針裝置，能夠測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡的二維和三維速度，即測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，所開(kāi)發(fā)的測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)的多電導(dǎo)探針裝置包括多電導(dǎo)探針、信號(hào)電路、采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)后處理程序，多電導(dǎo)探針置于氣液反應(yīng)器內(nèi)，外接信號(hào)電路，信號(hào)電路輸出部位與采集系統(tǒng)連接，采集系統(tǒng)再與電腦連接把從信號(hào)電路采集到的電壓信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)后處理程序進(jìn)行計(jì)算處理，多電導(dǎo)探針端部是以一根電導(dǎo)探針為中心，另外在三維坐標(biāo)系的三個(gè)方向再分別布置一根電導(dǎo)探針，根據(jù)需要調(diào)整電導(dǎo)探針與電導(dǎo)探針之間裸露端中心距離為0.3?2mm，電導(dǎo)探針由鉬金材料制成，每根電導(dǎo)探針的直徑為0.1?0.2mm,表面覆蓋綠色絕緣漆，電導(dǎo)探針頂部是直徑為20?50 y m的裸露端。信號(hào)電路中包含了一個(gè)5V電源，正極連接多電導(dǎo)探針的外殼，負(fù)極連接每個(gè)電導(dǎo)探針，電源為高頻交流電源時(shí)，頻率為IOOKHz以上，電源為直流電源時(shí)，電源的正極還要接地，信號(hào)電路回路中包含了一個(gè)串聯(lián)其中的可調(diào)電阻。當(dāng)電路采用直流電源時(shí)，須將電源正極接地以防止電極極化。工作過(guò)程中，當(dāng)氣泡碰到電導(dǎo)探針頂部裸露端，信號(hào)電路中相應(yīng)的電路會(huì)被斷開(kāi)，在信號(hào)電路輸出部位產(chǎn)生高電壓信號(hào)。當(dāng)氣泡離開(kāi)電導(dǎo)探針頂部裸露端，信號(hào)電路中相應(yīng)的電路又重新連接，信號(hào)電路輸出部位又回到正常電壓信號(hào)。采集系統(tǒng)把從信號(hào)電路采集到的電壓信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)后處理程序進(jìn)行計(jì)算處理，電腦借助數(shù)據(jù)后處理程序獲得氣泡速度場(chǎng)信息?？梢酝ㄟ^(guò)電腦輸出或直接使用。
[0006]本發(fā)明的有益效果在于對(duì)于反應(yīng)劇烈的氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡運(yùn)動(dòng)，不僅能測(cè)量氣泡的上升速度，還能測(cè)量氣泡的二維和三維速度，也就是能測(cè)量到氣泡的速度場(chǎng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0007]圖1表示本發(fā)明的測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)的多電導(dǎo)探針裝置使用時(shí)的工作示意圖。
[0008]圖2表示圖1中測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)的多電導(dǎo)探針裝置的多電導(dǎo)探針?lè)糯笫疽鈭D。
[0009]圖3表示數(shù)據(jù)后處理程序中的二值化示意圖。
[0010]圖4表示RT槳葉在通氣情況下攪拌形成的氣泡二維速度場(chǎng)。
[0011]圖5表示HBT+2WHd組合槳葉在通氣情況下攪拌形成的氣泡二維速度場(chǎng)。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種實(shí)施方式做以下說(shuō)明。
[0013]圖1是本發(fā)明的測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)的多電導(dǎo)探針裝置使用時(shí)的工作示意圖，測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)的多電導(dǎo)探針裝置包括多電導(dǎo)探針1、信號(hào)電路2、采集系統(tǒng)3和數(shù)據(jù)后處理程序4。在多電導(dǎo)探針I(yè)上位于氣液反應(yīng)器5內(nèi)的多電導(dǎo)探針端部11置于待測(cè)量氣泡速度場(chǎng)的位置，攪拌時(shí)氣體通過(guò)氣液反應(yīng)器5下部的進(jìn)氣孔6引入氣體。多電導(dǎo)探針端部11是以一根中心電導(dǎo)探針111為中心，另外在三維坐標(biāo)系的三個(gè)方向再分別布置一根電導(dǎo)探針，他們分別是上下位電導(dǎo)探針112、水平位電導(dǎo)探針113和前后位電導(dǎo)探針114，電導(dǎo)探針由鉬金材料制成，每根電導(dǎo)探針的直徑為0.15mm，表面覆蓋綠色絕緣漆，電導(dǎo)探針頂部是直徑為20 的裸露端，電導(dǎo)探針端部11中的每根電導(dǎo)探針之間裸露端中心距離為0.5mm。信號(hào)電路2中包含了一個(gè)5V高頻交流電源，頻率為IOOKHz，電源正極連接多電導(dǎo)探針I(yè)的外殼，負(fù)極連接每根電導(dǎo)探針，信號(hào)電路2回路中包含了一個(gè)串聯(lián)其中的可調(diào)電阻。工作過(guò)程中，當(dāng)氣泡碰到電導(dǎo)探針頂部裸露端，信號(hào)電路2中的相應(yīng)的電路會(huì)被斷開(kāi)，在信號(hào)電路2輸出部位產(chǎn)生高電壓信號(hào)。當(dāng)氣泡離開(kāi)電導(dǎo)探針頂部裸露端，信號(hào)電路2中的相應(yīng)的電路又重新連接，信號(hào)電路2輸出部位又回到正常電壓信號(hào)。信號(hào)電路2輸出部位與采集系統(tǒng)3連接，高速采集系統(tǒng)3通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡(PCI9114DG)將信號(hào)電路2輸出部位的電壓信號(hào)采集并傳遞到電腦中，電腦借助數(shù)據(jù)后處理程序4計(jì)算處理獲得氣泡速度場(chǎng)信息?？梢酝ㄟ^(guò)電腦輸出或直接使用。每根電導(dǎo)探針的采集頻率大于10kHz，每次至少采集1000個(gè)氣泡用于后續(xù)分析。
[0014]數(shù)據(jù)后處理程序4的第一步是將來(lái)自采集系統(tǒng)的信號(hào)通過(guò)一個(gè)閾值進(jìn)行二值化。由于噪聲通常會(huì)擾亂輸出信號(hào)，因此有必要確定一個(gè)合適的閾值(一般取幅值電壓與基線電壓之差0.1倍)。圖3是二值化示意圖。含有停留時(shí)間Tl和t2(即氣泡經(jīng)過(guò)探針I(yè)和探針2所需的時(shí)間)。為了獲得同一氣泡產(chǎn)生的信號(hào)對(duì)，采用如下過(guò)濾方法。在分析過(guò)程中假設(shè)氣泡沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，如果信號(hào)對(duì)滿足下列條件，則是可以接受:
[0015]I) tris6jI^tris6j2- ortd_,2〈td_a.[0016]2) trisej J+ T ^trise, 2+ T 2Or tdown； 2+ T 2〈t(lown, 1+ T 1-
[0017]3)0.75〈2 T:/( T !+ T 2)<1.25or0.75〈2 x 2/( x x 2)<1.25.[0018]rise代表上升，down代表下降。不滿足上述條件的信號(hào)對(duì)在程序后續(xù)分析過(guò)程中將會(huì)被濾掉。
[0019]氣泡運(yùn)動(dòng)速度，ub，通過(guò)下面的方程計(jì)算確定:
[0020]Ub=Lp/ A t[0021]式中，Lp是通過(guò)兩個(gè)探針之間的距離，At是氣泡接觸兩個(gè)探針的時(shí)間差。
[0022]同樣氣泡水平方向的速度是通過(guò)探針I(yè)和探針3的信號(hào)來(lái)獲得，對(duì)于前后方向的氣泡速度是通過(guò)探針I(yè)和4來(lái)獲得。
[0023]圖4是RT槳葉在通氣情況下攪拌形成的氣泡二維速度場(chǎng)，圖5是HBT+2WHd組合槳葉在通氣情況下攪拌形成的氣泡二維速度場(chǎng)。這些結(jié)果的獲得都?xì)w功于多電導(dǎo)探針裝置，圖4中反映了 RT槳形成的兩個(gè)循環(huán)，其中下方的循環(huán)比上方的更靠近器壁。圖5中反映了HBT+2WHd組合槳葉不能使氣泡形成整體循環(huán)，而是每層WHd下方形成一個(gè)循環(huán)。(RT表示平直葉圓盤渦輪，HBT表示空心弧葉圓盤渦輪，WHd表示下壓的寬葉槳)。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)的多電導(dǎo)探針裝置，包括多電導(dǎo)探針、信號(hào)電路、采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)后處理程序，多電導(dǎo)探針置于氣液反應(yīng)器內(nèi)，外接信號(hào)電路，信號(hào)電路輸出部位與采集系統(tǒng)連接，采集系統(tǒng)再與電腦連接把從信號(hào)電路采集到的電壓信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)后處理程序進(jìn)行計(jì)算處理，其特征在于多電導(dǎo)探針端部是以一根電導(dǎo)探針為中心，另外在三維坐標(biāo)系的三個(gè)方向再分別布置一根電導(dǎo)探針，根據(jù)需要調(diào)整電導(dǎo)探針與電導(dǎo)探針之間裸露端中心距離為0.3?2mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)的多電導(dǎo)探針裝置，其特征在于電導(dǎo)探針由鉬金材料制成，每根電導(dǎo)探針的直徑為0.1?0.2_，表面覆蓋綠色絕緣漆，電導(dǎo)探針項(xiàng)部是直徑為20?50 ii m的裸露端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)的多電導(dǎo)探針裝置，其特征在于信號(hào)電路中包含了一個(gè)5V高頻交流電源時(shí)，頻率為IOOKHz以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述測(cè)量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場(chǎng)的多電導(dǎo)探針裝置，其特征在于信號(hào)電路中包含一個(gè)5V直流電源，電源的正極還要接地。
【文檔編號(hào)】G01P5/08GK103808957SQ201410031290
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月18日
【發(fā)明者】謝明輝, 夏建業(yè), 鄒晨, 黃志堅(jiān), 周國(guó)忠 申請(qǐng)人:浙江長(zhǎng)城減速機(jī)有限公司