CN103808957A

CN103808957A - 测量气液反应器内气泡速度场的多电导探针装置

Info

Publication number: CN103808957A
Application number: CN201410031290.6A
Authority: CN
Inventors: 谢明辉; 夏建业; 邹晨; 黄志坚; 周国忠
Original assignee: ZHEJIANG GREAT WALL REDUCER CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG GREAT WALL REDUCER CO Ltd
Priority date: 2014-01-18
Filing date: 2014-01-18
Publication date: 2014-05-21

Abstract

本发明公开了一种测量气液反应器内气泡速度场的多电导探针装置，包括多电导探针、信号电路、采集系统和数据后处理程序，多电导探针置于气液反应器内，外接信号电路，信号电路输出部位与采集系统连接，采集系统再与电脑连接把从信号电路采集到的电压信号传递给数据后处理程序进行计算处理，多电导探针端部是以一根电导探针为中心，另外在三维坐标系的三个方向再分别布置一根电导探针，本装置对于反应剧烈的气液反应器内气泡运动，不仅能测量气泡的上升速度，还能测量气泡的二维和三维速度，也就是能测量到气泡的速度场。

Description

测量气液反应器内气泡速度场的多电导探针装置

技术领域

本发明涉及到通气反应器的气泡速度场的测量，特别是高通气率情况下的气液反应器内气泡速度场的测量装置。

背景技术

气泡速度场对于提高气液传质能力以及理解反应器的性能具有重要的意义。目前测量气液反应器内气泡速度场主要利用粒子成像测速仪，它将气泡作为示踪粒子，通过互相关算法来获得气泡速度场，这种方法只能用于低气含率的场所，一般是气含率小于5％。但是很多气液反应器，如搅拌式反应器经常具有较高的气含率，这时就需要开发能够在高气含率下测量气液反应器内气泡速度场的工具。

目前已有双电导探针用于测量气液反应器内气泡上升速度，对于反应剧烈的气液反应器内气泡运动是多维的、复杂的，不仅需要测量气泡的上升速度，还需要测量气泡的二维和三维速度，也就是要获得气泡的速度场。

发明内容

本发明要解决的技术问题是开发了多电导探针装置，能够测量气液反应器内气泡的二维和三维速度，即测量气液反应器内气泡速度场。

为了解决上述技术问题，所开发的测量气液反应器内气泡速度场的多电导探针装置包括多电导探针、信号电路、采集系统和数据后处理程序，多电导探针置于气液反应器内，外接信号电路，信号电路输出部位与采集系统连接，采集系统再与电脑连接把从信号电路采集到的电压信号传递给数据后处理程序进行计算处理，多电导探针端部是以一根电导探针为中心，另外在三维坐标系的三个方向再分别布置一根电导探针，根据需要调整电导探针与电导探针之间裸露端中心距离为0.3～2mm，电导探针由铂金材料制成，每根电导探针的直径为0.1～0.2mm，表面覆盖绿色绝缘漆，电导探针顶部是直径为20～50μm的裸露端。信号电路中包含了一个5V电源，正极连接多电导探针的外壳，负极连接每个电导探针，电源为高频交流电源时，频率为100KHz以上，电源为直流电源时，电源的正极还要接地，信号电路回路中包含了一个串联其中的可调电阻。当电路采用直流电源时，须将电源正极接地以防止电极极化。工作过程中，当气泡碰到电导探针顶部裸露端，信号电路中相应的电路会被断开，在信号电路输出部位产生高电压信号。当气泡离开电导探针顶部裸露端，信号电路中相应的电路又重新连接，信号电路输出部位又回到正常电压信号。采集系统把从信号电路采集到的电压信号传递给数据后处理程序进行计算处理，电脑借助数据后处理程序获得气泡速度场信息。可以通过电脑输出或直接使用。

本发明的有益效果在于对于反应剧烈的气液反应器内气泡运动，不仅能测量气泡的上升速度，还能测量气泡的二维和三维速度，也就是能测量到气泡的速度场。

附图说明

图1表示本发明的测量气液反应器内气泡速度场的多电导探针装置使用时的工作示意图。

图2表示图1中测量气液反应器内气泡速度场的多电导探针装置的多电导探针放大示意图。

图3表示数据后处理程序中的二值化示意图。

图4表示RT桨叶在通气情况下搅拌形成的气泡二维速度场。

图5表示HBT+2WHd组合桨叶在通气情况下搅拌形成的气泡二维速度场。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种实施方式做以下说明。

图1是本发明的测量气液反应器内气泡速度场的多电导探针装置使用时的工作示意图，测量气液反应器内气泡速度场的多电导探针装置包括多电导探针1、信号电路2、采集系统3和数据后处理程序4。在多电导探针1上位于气液反应器5内的多电导探针端部11置于待测量气泡速度场的位置，搅拌时气体通过气液反应器5下部的进气孔6引入气体。多电导探针端部11是以一根中心电导探针111为中心，另外在三维坐标系的三个方向再分别布置一根电导探针，他们分别是上下位电导探针112、水平位电导探针113和前后位电导探针114，电导探针由铂金材料制成，每根电导探针的直径为0.15mm，表面覆盖绿色绝缘漆，电导探针顶部是直径为20μm的裸露端，电导探针端部11中的每根电导探针之间裸露端中心距离为0.5mm。信号电路2中包含了一个5V高频交流电源，频率为100KHz，电源正极连接多电导探针1的外壳，负极连接每根电导探针，信号电路2回路中包含了一个串联其中的可调电阻。工作过程中，当气泡碰到电导探针顶部裸露端，信号电路2中的相应的电路会被断开，在信号电路2输出部位产生高电压信号。当气泡离开电导探针顶部裸露端，信号电路2中的相应的电路又重新连接，信号电路2输出部位又回到正常电压信号。信号电路2输出部位与采集系统3连接，高速采集系统3通过数据采集卡(PCI9114DG)将信号电路2输出部位的电压信号采集并传递到电脑中，电脑借助数据后处理程序4计算处理获得气泡速度场信息。可以通过电脑输出或直接使用。每根电导探针的采集频率大于10kHz，每次至少采集1000个气泡用于后续分析。

数据后处理程序4的第一步是将来自采集系统的信号通过一个阈值进行二值化。由于噪声通常会扰乱输出信号，因此有必要确定一个合适的阈值(一般取幅值电压与基线电压之差0.1倍)。图3是二值化示意图。含有停留时间τ1和τ2(即气泡经过探针1和探针2所需的时间)。为了获得同一气泡产生的信号对，采用如下过滤方法。在分析过程中假设气泡沿竖直方向运动，如果信号对满足下列条件，则是可以接受：

1)t_rise，1<t_rise，2.ort_down，2<t_down，1.

2)t_rise，1+τ₁<t_rise,2+τ₂or t_down,2+τ₂<t_down，1+τ₁.

3)0.75<2τ₁/(τ₁+τ₂)<1.25or0.75<2τ₂/(τ₁+τ₂)<1.25.

rise代表上升，down代表下降。不满足上述条件的信号对在程序后续分析过程中将会被滤掉。

气泡运动速度，u_b，通过下面的方程计算确定：

u_b=L_P/Δt

式中，Lp是通过两个探针之间的距离，Δt是气泡接触两个探针的时间差。

同样气泡水平方向的速度是通过探针1和探针3的信号来获得，对于前后方向的气泡速度是通过探针1和4来获得。

图4是RT桨叶在通气情况下搅拌形成的气泡二维速度场，图5是HBT+2WHd组合桨叶在通气情况下搅拌形成的气泡二维速度场。这些结果的获得都归功于多电导探针装置，图4中反映了RT桨形成的两个循环，其中下方的循环比上方的更靠近器壁。图5中反映了HBT+2WHd组合桨叶不能使气泡形成整体循环，而是每层WHd下方形成一个循环。(RT表示平直叶圆盘涡轮，HBT表示空心弧叶圆盘涡轮，WHd表示下压的宽叶桨)。

Claims

1.一种测量气液反应器内气泡速度场的多电导探针装置，包括多电导探针、信号电路、采集系统和数据后处理程序，多电导探针置于气液反应器内，外接信号电路，信号电路输出部位与采集系统连接，采集系统再与电脑连接把从信号电路采集到的电压信号传递给数据后处理程序进行计算处理，其特征在于多电导探针端部是以一根电导探针为中心，另外在三维坐标系的三个方向再分别布置一根电导探针，根据需要调整电导探针与电导探针之间裸露端中心距离为0.3～2mm。

2.根据权利要求1所述测量气液反应器内气泡速度场的多电导探针装置，其特征在于电导探针由铂金材料制成，每根电导探针的直径为0.1～0.2mm，表面覆盖绿色绝缘漆，电导探针项部是直径为20～50μm的裸露端。

3.根据权利要求1或2所述测量气液反应器内气泡速度场的多电导探针装置，其特征在于信号电路中包含了一个5V高频交流电源时，频率为100KHz以上。

4.根据权利要求1或2所述测量气液反应器内气泡速度场的多电导探针装置，其特征在于信号电路中包含一个5V直流电源，电源的正极还要接地。