CN105823590A - 超临界二氧化碳射流围压釜以及监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超临界二氧化碳，提供一种超临界二氧化碳射流围压釜，包括釜体以及釜盖，釜盖上设置有射管，于腔室内且正对射管处安设有靶盘，靶盘背离射管一侧设置有密封腔以及位于密封腔内的传感器，传感器的信号线由密封腔导至釜体外侧，且于釜体正对射管与靶盘之间处设置有可视化窗；还提供一种超临界二氧化碳射流监测系统，包括上述围压釜。本发明的围压釜通过传感器可以获取射流冲击靶盘时产生的瞬间压力，且将该压力信息通过信号线传递至信号采集器进行数据分析，另外由于釜体上设置有可视化窗，通过高速摄影及PIV测量可以对射流冲击靶盘进行影像记录，进而可以达到对超临界二氧化碳定性观察以及定量测试的目的。

Description

超临界二氧化碳射流围压釜以及监测系统

技术领域

本发明涉及超临界二氧化碳射流，尤其涉及一种超临界二氧化碳射流围压釜以及监测系统。

背景技术

超临界二氧化碳是当压力高于7.38MPa，温度高于304.1K时，二氧化碳进入的一种超临界状态。超临界二氧化碳具有和液体相近的密度，略高于气体但明显低于液体的粘度，扩散系数也为液体的10～100倍。因其独特的物理性质，超临界二氧化碳被广泛应用在医药、化工、食品、油气等领域。超临界二氧化碳射流是一种将超临界二氧化碳作为射流介质的新型射流。不同于传统水射流，超临界二氧化碳射流具有能量耗散小、破碎能力强、导热效率高等诸多优势，在非常规油气开采、精密仪器清洗等领域的应用前景非常广阔。

目前，超临界二氧化碳射流领域的试验系统只能通过比较冲蚀效果和破碎情况来优化射流参数，而无法定量测量不同工作参数条件下的射流冲击力和引起的温度剧变，或者只能对解堵增渗有一定效果，但更偏向实际应用，不适用试验研究各个工作参数的影响，以达到优化工作参数的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超临界二氧化碳射流围压釜，旨在用于解决现有的超临界二氧化碳射流难以进行定性观察以及定量测试的问题。

本发明是这样实现的：

本发明实施例提供一种超临界二氧化碳射流围压釜，包括具有腔室的釜体以及闭合所述腔室的釜盖，所述釜盖上设置有由外侧伸入所述腔室内且用于喷射超临界二氧化碳的射管，于所述腔室内且正对所述射管处安设有靶盘，所述靶盘背离所述射管一侧设置有密封腔以及位于所述密封腔内的传感器，所述传感器的信号线由所述密封腔导至所述釜体外侧，且于所述釜体正对所述射管与所述靶盘之间处设置有可视化窗。

进一步地，所述靶盘通过至少一根支撑杆安设于所述腔室的内壁上，各所述支撑杆一端固定于所述腔室的内壁上，另一端安设至所述靶盘上，所述信号线由其中一所述支撑杆的内侧引导至所述釜体外侧。

进一步地，所述釜体远离所述釜盖的一侧设置有与所述腔室连通的至少一个泄压口，每一所述泄压口处均安设有调压阀。

进一步地，于所述釜体上开设有水浴流道、浴水进口以及浴水出口，所述浴水进口与所述浴水出口均连通至所述水浴流道，所述水浴流道环绕所述釜体。

进一步地，所述射管包括穿过所述釜盖的管体以及设置于所述管体朝向所述靶盘一侧端部的喷嘴。

进一步地，所述管体的外表面上设置有外螺纹，所述釜盖供所述管体穿过的通孔的内壁上设置有与所述外螺纹配合的内螺纹。

进一步地，所述靶盘与所述喷嘴之间的距离为5-200mm。

进一步地，所述可视化窗包括开设于所述釜体上的开口以及封堵所述开口的透明板，所述透明板朝向所述腔室的一侧与所述釜体之间夹设有密封圈。

进一步地，所述釜盖内嵌于所述釜体上，两者之间螺纹连接，且于所述釜盖向外一侧开设有拆装孔。

本发明实施例还提供一种超临界二氧化碳射流监测系统，包括信号采集器，还包括上述的超临界二氧化碳射流围压釜，所述传感器的所述信号线电连接至所述信号采集器。

本发明具有以下有益效果：

本发明的围压釜中，射管可喷射超临界二氧化碳，且射流冲击至靶盘上，由于把靶盘的其中一侧设置有传感器，通过该传感器可以获取射流冲击靶盘时产生的瞬间压力，且将该压力信息通过信号线传递至外侧进行数据分析，另外由于釜体上设置有可视化窗，通过高速摄影及PIV测量可以对射流冲击靶盘进行影像记录，从而借助这种围压釜可以对超临界二氧化碳实现定性观察与定量测试，具有非常好的试验价值。另外将传感器置于密封腔内，可以有效避免腔室内的超临界二氧化碳对传感器的精确检测产生影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的超临界二氧化碳射流围压釜的结构示意图；

图2为图1的超临界二氧化碳射流围压釜的俯视图；

图3为图1的超临界二氧化碳射流围压釜的釜体部分的爆炸图；

图4为图1的超临界二氧化碳射流围压釜的釜盖部分的爆炸图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例提供一种超临界二氧化碳射流围压釜，包括釜体1以及釜盖2，釜体1具有腔室3，且该腔室3的一端为开口状，通过釜盖2对其进行闭合封堵，使得腔室3为密封环境，在釜盖2上设置有一射管4，射管4由釜盖2的外侧伸入腔室3内，通过该射管4可以向腔室3内喷射超临界二氧化碳，在腔室3内设置有靶盘31，靶盘31正对射管4的一端部，其喷出的超临界二氧化碳可直接射至靶盘31上，在靶盘31背离射管4的一侧设置有密封腔32，该密封腔32可由一箱体与靶盘31围合形成，在密封腔32内设置有一传感器321，具体为在靶盘31背离射管4的一侧面上开设有安装孔311，当然安装孔311没有穿透靶盘31，将传感器321的一端部卡紧安装于该安装孔311内，安装孔311根据传感器321的端部尺寸设定，直径可为1mm左右，一般为保证密封腔32的密封性能，靶盘31部分嵌设于箱体上，且在其嵌设部位处设置有密封圈，对于传感器321的信号线322则由密封腔32导至釜体1外侧，用于传输传感器321获取的信息，即将传感器321安设于密封腔32内时，射管4喷出的超临界二氧化碳难以对传感器321的性能产生干扰，可以有效保证传感器321检测的准确性，另外在釜体1上还设置有可视化窗11，该可视化窗11对应射管4与靶盘31之间处，可以观察由射管4喷射至靶盘31上的超临界二氧化碳形成的射流。本实施例中，超临界二氧化碳由射管4喷射至靶盘31上，且在持续喷射的过程中，射管4的端部与靶盘31之间形成射流，通过密封腔32内的传感器321可以获取射流冲击靶盘31产生的瞬间压力，且将该压力数据经信号线322传递至外侧进行数据处理，可以达到定量测试的目的，而在另一方面由于釜体1对应射流处开设有可视化窗11，能够由外界观察射流，具体地可通过高速摄影及PIV测量可以对射流冲击靶盘31进行影像记录，以达到定性观察的目的。对此通过这种结构的围压釜，可以定量测试与定性观察超临界二氧化碳射流，获取精确的实验数据，为后续的超临界二氧化碳的应用提供必要的实验基础。

参见图1以及图4，优化上述实施例，细化靶盘31在腔室3内的安装固定，在腔室3的内壁上设置有至少一根支撑杆33，各支撑杆33一端固定于腔室3的内壁上，而另一端则均安设于靶盘31上，对此通过各支撑杆33可以将靶盘31与腔室3的内壁之间形成连接，且通过各支撑杆33的支撑作用，使得靶盘31可以悬空于腔室3内，其与腔室3内壁之间具有一定距离，另外将其中一根支撑杆33设定为中空，传感器321的信号线322由该中空的支撑杆33的内侧引导至釜体1内侧。本实施例中，为方便支撑杆33与靶盘31之间的连接，各支撑杆33的其中一端由靶盘31对应射管4的一侧伸入密封腔32内，对此各支撑杆33的另一端则均伸入釜盖2形成固定，且在釜盖2对应中空支撑杆33处设置有线孔21，信号线322经该支撑杆33进入釜盖2的线孔21内，进而由该线孔21导出围压釜外侧，当然一般支撑杆33具有多个，分别对应靶盘31的边沿处，可以避免支撑杆33对射管4喷出的射流产生影响。由于各支撑杆33一端需要穿过靶盘31形成固定，则其在穿设固定时需要在外圈设置有密封圈，可以有效防止腔室3内的超临界二氧化碳进入密封腔32内，对应地在线孔21与支撑杆33的连接处也设置有密封圈，从而使得腔室3也具有较好的密封性能，另外对于传感器321的信号线322通过支撑杆33进行铺设，可以减少密封腔32与腔室3的开孔数量，保证密封腔32与腔室3的密封性能，同时能够避免信号线322暴露于腔室3内。

参见图1-图3，继续优化上述实施例，釜体1远离釜盖2的一侧设置有至少一个泄压口12，每一泄压口12连通腔室3与外界，且均安设有调压口。本发明中，当采用射管4向腔室3内射入超临界二氧化碳时，腔室3内的压力会逐渐上升，进而会影响射管4喷出的超临界二氧化碳产生的射流影像以及传感器321感应的瞬时压力，试验准确性大大降低，对此本实施例在釜体1上设置泄压口12与调压阀，以对腔室3起到稳压的作用，一般控制腔室3内的超临界二氧化碳的压力不超过30MPa。而在另一方面，在釜体1上开设有水浴流道13、浴水进口14以及浴水出口15，浴水进口14与浴水出口15均连通该水浴流道13，且水浴流道13沿釜体1环绕设置。本实施例中，通过浴水进口14向水浴流道13内注入换热液体，并由浴水出口15流出，通过该过程以调节腔室3内的温度，一般控制在5-95℃之间。

再次参见图1，进一步地，细化射管4的结构，其包括管体41以及喷嘴42，管体41由外侧穿过釜盖2进入腔室3内，而喷嘴42则设置于管体41朝向靶盘31一侧的端部处。本实施例中，超临界二氧化碳经管体41进入且由喷嘴42喷射至靶盘31上，一般地为使传感器321精确感应冲击靶盘31的射流的瞬时压力，传感器321嵌设于安装孔311内的端部与喷嘴42对应，两者位于同一直线上，喷嘴42喷出的射流直接冲击传感器321的端部附近，对于两者之间的位置误差控制在0.5mm内。当然对于喷嘴42与靶盘31之间的距离也应具有一定的范围，既不能过大，也不能太小，否则距离太小难以对其进行影像观察，而距离太大则影响传感器321对冲击力的精确检测，一般为5-200mm之间。

参见图4，优化上述实施例，釜盖2上开设有供管体41穿过的通孔22，在通孔22的内壁上设置有内螺纹221，而在管体41的外表面上设置有外螺纹411，管体41的外螺纹411与通孔22的内螺纹221之间配合连接。本实施例中，射管4与釜盖2之间采用螺纹连接，不但使得两者之间安装连接比较稳定，而且有利于保证管体41与通孔22之间的密封性，当然还可以在管体41的外表面上还设置有密封圈，以进一步提高管体41与通孔22内壁的密封性能，另外由于两者之间为螺纹连接，管体41可以通过旋转的方式使得其相对釜盖2移动，进而可以形成对喷嘴42与靶盘31之间距离的调节，即采用这种连接方式可以自行调节靶距，可以监测不同靶距情况下射流的影像以及瞬时冲击力。

参见图1以及图3，进一步地，细化可视化窗11的结构，包括开设于釜体1上的开口111以及安设于该开口111内的透明板112，通过透明板112封堵该开口111，且在透明板112朝向腔室3一侧与釜体1之间夹设有密封圈。在釜体1的开口111处具有朝向外侧设置的支撑平台113，透明板112的各端部均贴合于该支撑平台113上，且在透明板112的外侧设置有窗口盖114，窗口盖114与釜体1之间固定连接，同时与支撑平台113配合压紧透明板112，进而将透明板112安装于釜体1上，另外在透明板112的端部处采用密封圈与支撑平台113之间形成密封。

再次参见图1以及图4，进一步地，釜盖2嵌设于釜体1上，两者的接触部位处采用螺纹连接，且在釜盖2朝向外侧处设置拆装孔23。本实施例中，对于腔室3内的箱体、靶盘31、各支撑杆33以及射管4均与釜盖2形成连接关系，与釜体1之间不接触，对此在对围压釜进行安装时，可以先将上述各部件依次安设于釜盖2上，然后将釜盖2整体旋入釜体1内进行安装固定，反之在拆卸时亦然，均非常方便。而为了方便釜盖2与釜体1之间的拆装，在釜盖2上设置拆装孔23，取一杆状工具伸入拆装孔23内后可以通过驱使该杆状工具绕釜盖2轴线旋转，同时其带动釜盖2同步转动，进而釜盖2可以相对釜体1旋进或旋出。对于釜盖2与釜体1的接触部位处也设置有密封圈，且该密封圈位于釜盖2靠近腔室3的一侧。

再次参见图1，本发明实施例还提供一种超临界二氧化碳射流监测系统，包括信号采集器以及上述的围压釜，传感器321的信号线322甚至釜体1外侧后与信号采集器连接。本实施例中，射管4喷出的射流在冲击靶盘31后，传感器321可将该过程产生的瞬间压力通过信号线322传递至信号采集器内进行储存并处理，以对超临界二氧化碳定量测试，而且还可以根据需要调节靶距进行测试，能够为后续超临界二氧化碳的应用提供精确的实验数据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超临界二氧化碳射流围压釜，包括具有腔室的釜体以及闭合所述腔室的釜盖，其特征在于：所述釜盖上设置有由外侧伸入所述腔室内且用于喷射超临界二氧化碳的射管，于所述腔室内且正对所述射管处安设有靶盘，所述靶盘背离所述射管一侧设置有密封腔以及位于所述密封腔内的传感器，所述传感器的信号线由所述密封腔导至所述釜体外侧，且于所述釜体正对所述射管与所述靶盘之间处设置有可视化窗。

2.如权利要求1所述的超临界二氧化碳射流围压釜，其特征在于：所述靶盘通过至少一根支撑杆安设于所述腔室的内壁上，各所述支撑杆一端固定于所述腔室的内壁上，另一端安设至所述靶盘上，所述信号线由其中一所述支撑杆的内侧引导至所述釜体外侧。

3.如权利要求1所述的超临界二氧化碳射流围压釜，其特征在于：所述釜体远离所述釜盖的一侧设置有与所述腔室连通的至少一个泄压口，每一所述泄压口处均安设有调压阀。

4.如权利要求1所述的超临界二氧化碳射流围压釜，其特征在于：于所述釜体上开设有水浴流道、浴水进口以及浴水出口，所述浴水进口与所述浴水出口均连通至所述水浴流道，所述水浴流道环绕所述釜体。

5.如权利要求1所述的超临界二氧化碳射流围压釜，其特征在于：所述射管包括穿过所述釜盖的管体以及设置于所述管体朝向所述靶盘一侧端部的喷嘴。

6.如权利要求5所述的超临界二氧化碳射流围压釜，其特征在于：所述管体的外表面上设置有外螺纹，所述釜盖供所述管体穿过的通孔的内壁上设置有与所述外螺纹配合的内螺纹。

7.如权利要求6所述的超临界二氧化碳射流围压釜，其特征在于：所述靶盘与所述喷嘴之间的距离为5-200mm。

8.如权利要求1所述的超临界二氧化碳射流围压釜，其特征在于：所述可视化窗包括开设于所述釜体上的开口以及封堵所述开口的透明板，所述透明板朝向所述腔室的一侧与所述釜体之间夹设有密封圈。

9.如权利要求1所述的超临界二氧化碳射流围压釜，其特征在于：所述釜盖内嵌于所述釜体上，两者之间螺纹连接，且于所述釜盖向外一侧开设有拆装孔。

10.一种超临界二氧化碳射流监测系统，包括信号采集器，其特征在于：还包括如权利要求1-9任一项所述的超临界二氧化碳射流围压釜，所述传感器的所述信号线电连接至所述信号采集器。