CN103076269A - 一种用于测量高温多孔质堆积熟料渗透率的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量高温多孔质堆积熟料渗透率的试验装置，包括六个风室和一个料筐，其特征是：六个风室按上、下、左、右、前、后正六面的形式合围在一起，围成一个上下箱体，料筐置于箱体中间，每个风室都外接有通风管道，并在每个通风管道上安装有球阀、涡街流量计、膜盒压力表，在上、前风室上设有测温喉管。其优点是：能够实现高温多孔质堆积熟料渗透率张量的测量；能够反映堆积熟料渗透率与温度之间的关系；只需通过球阀的开关调节即可实现不同的供风方方案，操作简便易行。尤其适用于测量具有高温（1000℃以上）、大粒径（厘米级）、堆积性、多孔质、渗透率是二阶张量等特点的高温堆积熟料的渗透率。

Description

一种用于测量高温多孔质堆积熟料渗透率的试验装置

技术领域

本发明属于试验设备领域，涉及一种用于测量高温多孔质堆积熟料渗透率的试验装置，尤其适用于篦冷机上输送的高温水泥堆积熟料。

技术背景

在传统的对流和气固换热理论对水泥熟料的换热分析难以揭示其内在换热规律而无法进一步提高篦冷机热回收率的背景下，考虑到水泥熟料具有堆积性质，将多孔质渗流换热理论引入到熟料换热中，有助于深入研究换热机理。水泥堆积熟料的渗透率是一个二阶张量，是多孔质渗流换热理论中一个重要参数，确定其大小及随温度变化规律，将进一步优化非线性Darcy方程，得到更为准确的换热模型。

目前，科研人员对材料的渗透率也进行了充分的研究：王怀义等人的混凝土渗透系数试验装置（专利号：CN202433284U），余湘娟等人的浅层沙土渗透系数测量系统及测量方法（专利号：CN102435540A）所涉及的实验装置结构简单，均用排水法测得混凝土和浅层沙土的渗透系数，但不适用于高温条件，且精度不高；肖文联等人的同时测量岩石渗透系数、压缩系数及孔隙度的装置及方法（专利号：CN102507407A）采用脉冲法测量了岩石的渗透率，快速高效，但不适用于堆积颗粒；杨志峰等人的一种测量泥炭土壤渗透系数的装置（专利号：CN201852769U）测得泥炭土壤的水平和垂直渗透系数，装置结构简单，但是不适用于高温大颗粒材料的测量；李潮流等人的一种根据核磁共振T2谱确定渗透率的方法和装置（专利号：CN102253069A）得到岩心样品的渗透率，但设备操作要求较高，且不耐高温；张遂安等人的用于三维渗透率测定的岩样密封结构（专利号：CN102519768A）可使岩样轴向渗透率向三维扩展，但并未提供具体方案；赵雨晴等人的粘土渗透系数测试装置（专利号：CN202421029U）在竖直方向上准确测得粘土的渗透系数，对于渗透率是张量的情况，则无法测得。

以上发明和发明专利涉及的装置都能测得相关材料的渗透率，但对于篦冷机上输送的水泥熟料，其特点是高温（1000℃以上）、大粒径（厘米级）、堆积性、多孔质、渗透率为二阶张量，上述装置则不能同时满足测试条件，无法准确测得水泥高温熟料的渗透率。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术无法满足测量水泥熟料渗透率的问题，提供一种用于测量高温多孔质堆积熟料渗透率的试验装置。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明包括六个风室和一个料筐，其中：六个风室按上、下、左、右、前、后正六面的形式合围在一起，围成一个上下箱体，料筐置于箱体中间，每个风室都外接有通风管道，并在每个通风管道上安装有球阀、涡街流量计、膜盒压力表，在上、前风室上设有测温喉管。

在所述六个风室的内壁均粘贴有一层陶瓷纤维板；

所述陶瓷纤维板的厚度为20mm；

所述料筐的边壁制作成密布有半颗粒形状凸起的面；

本发明的供风风源采用离心风机吹风，通过变频器调节风速；

本发明通过风室外接DHDAS-5920动态信号采集分析系统，记录熟料温度；

所述DHDAS-5920动态信号采集分析系统的温度探测传感器通过测温喉管插入到高温熟料中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够实现高温多孔质堆积熟料渗透率张量的测量；能够反映堆积熟料渗透率与温度之间的关系；只需通过球阀的开关调节即可实现不同的供风方方案，操作简便易行。

附图说明

图1是高温多孔质堆积熟料渗透率试验装置的立体示意图；

图2是高温多孔质堆积熟料渗透率试验装置的主视图；

图3是高温多孔质堆积熟料渗透率试验装置的俯视图；

图4是高温多孔质堆积熟料渗透率试验装置的上下箱体示意图；

图5是高温多孔质堆积熟料渗透率试验装置的料筐示意图。

图中，1.离心风机、2.螺栓M6×12、3.风机连接组件、4.螺栓M6×35、5.管箍、6.气囊管组、7.直通接头、8.法兰连接管、9.涡街流量计、10.焊接管架、11.入风管Ⅲ、12.出风管Ⅲ、13.出风管Ⅱ.14.六角螺栓M10×20、15.测温喉管、16.出风管Ⅰ、17.出风管口Ⅲ、18.出风管口Ⅱ、19.出风管口Ⅰ、20.螺母M12、21.机架、22.上下箱体、23.箱体密封法兰、24.入风管Ⅱ、25.入风管Ⅰ、26.膜盒压力表、27.球阀、28.橡胶软管、29.管卡、30.螺母M6、31.螺栓M6×35、32.压力表接头、33.上风室、34.左风室、35.前风室、36.下风室、37.右风室、38.后风室。

具体实施方式

图1是本发明公开的一个实施例，显示的是高温多孔质堆积熟料渗透率试验装置的立体示意图，其结构图如图2、3所示。本发明包括上风室33、左风室34、前风室35、下风室36、右风室37、后风室38共计六个风室和一个料筐，其中：六个风室按上、下、左、右、前、后正六面的形式合围在一起，围成一个上下箱体22，风室间用六角螺栓14固定，料筐置于上下箱体内的中心部位，每个风室外都用箱体密封法兰23接有通风管道，并在每个通风管道上安装有27、涡街流量计9、膜盒压力表26，在上风室和前风室上设有测温喉管15。上下箱体用机架21支撑，各通风管道也采用机架支撑；所述料筐的边壁制作成密布有半颗粒形状凸起的面，由于加热完的水泥熟料温度在1000℃以上，故在六个风室的内壁用高温耐热胶粘贴一层厚度为20mm的陶瓷纤维板以起到保温耐火作用。本发明采用离心风机进行供风冷却，所以将前风室35、下风室36、右风室37上连接的通风管道分别定义为入风管Ⅱ24、入风管Ⅰ25、入风管Ⅲ11，将上风室33、左风室34、后风室38上连接的通风管道分别定义为出风管Ⅰ16、出风管Ⅲ12、出风管Ⅱ13，相应的出风管口分别为出风管口Ⅱ18、出风管口Ⅰ19、出风管口Ⅲ17。实验开始前，将入风管Ⅱ24、入风管Ⅰ25、入风管Ⅲ11通过直通接头7、管箍5连接气囊管组6，气囊管组6通过橡胶软管28、风机连接组件3，并采用螺栓4、.螺栓2与离心风机1的出风口；用活扳手旋松固定上风室33的五个六角螺栓14，将出风口管Ⅱ18连同该管道上的球阀27、涡街流量计9、膜盒压力表26、上风室33一起向左平移至上风室33完全离开上接触面，将料筐（为避免边界效应的影响，料筐边壁制作成密布有半颗粒形状凸起的面如图5所示）上盖打开后放进下箱体，依靠下风室36的粘贴的陶瓷纤维板支撑并确保料筐位于六个风室所围成的空间中心。实验开始时，将加热好的高温水泥熟料倾倒于料筐内，填满后盖上料筐上盖，上下箱体间填好密封条后，再将出风口管Ⅱ18连同该管道上的球阀27、涡街流量计9、膜盒压力表26、上风室33向右平移回原位置，用活扳手将五个六角螺栓14旋紧，完全密封高温熟料。将DHDAS-5920动态信号采集分析系统的温度探测传感器通过测温喉管15插入到高温熟料，接通电源，启动涡街流量计9、离心风机1及温度采集系统。调节入风管11、24、25和出风管12、13、16上的球阀27可实现“单管入风单管出风，即一维供风方案”、“双管入风双管出风，即二维供风方案”和“三管入风三管出风，即三维供风方案”。使用变频器调节风机转速，通过压力表选择合适的实验风压，在相同的时间间隔下，记录每个管道上对应的涡街流量计9、膜盒压力表26示数和熟料温度。

在忽略重力条件下，使用渗透率张量时，Darcy定律可以表示为：

$V=-\frac{\mathrm{\δ}\·K}{{10}^3\mathrm{\μ}}\▿P,$ $K=\left|\begin{array}{ccc}{k}_{\mathrm{xx}}& k_{\mathrm{xy}}& k_{\mathrm{xz}}\\ k_{\mathrm{yx}}& k_{\mathrm{yy}}& k_{\mathrm{yz}}\\ k_{\mathrm{zx}}& k_{\mathrm{zy}}& k_{\mathrm{zz}}\end{array}\right|,$ $\▿P=\frac{P_{\mathrm{in}}-P_{\mathrm{out}}}{L}$

其中：V为流体渗流速度，δ为惯性-湍流修正系数，K为堆积熟料的渗透率，

为流体压力梯度，Q为流量，A为堆积熟料样本横截面积，μ为流体的动力粘度，L为堆积熟料样本长度。根据料筐的规格可确定A及L，不同的供风方式下的涡街流量计和膜盒压力表示数可得到及Q，从而计算得到高温水泥堆积熟料的渗透率张量。

终上所述，本发明通过风室外接DHDAS-5920动态信号采集分析系统，记录熟料温度，每个风室上安装有通风管道，通风管道上分别安装球阀、涡街流量计、膜盒压力表，采用离心风机进行供风冷却，通过调节通风管道的球阀，实现一维、二维或三维的供风方案，通过对温度、涡街流量计、膜盒压力表的数据分析计算，可得到高温多孔质堆积料的渗透率，并反映渗透率张量与温度之间的联系。

本发明能够测量具有高温（1000℃以上）、大粒径（厘米级）、堆积性、多孔质、渗透率是二阶张量等特点的高温堆积熟料的渗透率。

Claims (8)

1.一种用于测量高温多孔质堆积熟料渗透率的试验装置，包括六个风室和一个料筐，其特征是：六个风室按上、下、左、右、前、后正六面的形式合围在一起，围成一个上下箱体，料筐置于箱体中间，每个风室都外接有通风管道，并在每个通风管道上安装有球阀、涡街流量计、膜盒压力表，在上、前风室上设有测温喉管。 

2.根据权利要求1所述的用于测量高温多孔质堆积熟料渗透率的试验装置，其特征是：在所述六个风室的内壁均粘贴有一层陶瓷纤维板。 

3.根据权利要求2所述的用于测量高温多孔质堆积熟料渗透率的试验装置，其特征是：所述陶瓷纤维板的厚度为20mm。

4.根据权利要求1所述的用于测量高温多孔质堆积熟料渗透率的试验装置，其特征是：所述料筐的边壁制作成密布有半颗粒形状凸起的面。 

5.根据权利要求1所述的用于测量高温多孔质堆积熟料渗透率的试验装置，其特征是：其供风风源采用离心风机吹风，通过变频器调节风速。 

6.根据权利要求5所述的用于测量高温多孔质堆积熟料渗透率的试验装置，其特征是：调节通风管道的球阀，实现一维、二维或三维的供风方案。 

7.根据权利要求1所述的用于测量高温多孔质堆积熟料渗透率的试验装置，其特征是：通过风室外接DHDAS-5920动态信号采集分析系统，记录熟料温度。 

8.根据权利要求7所述的用于测量高温多孔质堆积熟料渗透率的试验装置，其特征是：所述DHDAS-5920动态信号采集分析系统的温度探测传感器通过测温喉管插入到高温熟料中。 

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