CN107505323A - 一种固液两相流动观测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种固液两相流动观测系统。本发明属于两相流动实验测试技术领域。一种固液两相流动观测系统，由泥泵、固定管道、固体颗粒投入系统、透明玻璃管、面光源、摄影机和数据处理器组成，泥泵、固定管道、透明玻璃管连接组成闭式固液两相流动循环回路，固定管道上方设置固体颗粒投入系统，透明玻璃管外设置面光源和摄影机，摄影机通过数据线连接数据处理器，数据处理器实现数据的处理和显示。本发明具有自动绘制固体相运动路径、计算固体相移动速度、加速度、观察固体相间碰撞现象等功能；能够完成固液两相流动中固体颗粒运动位置、速度、加速度的观测，提供固液两相流动机理研究的条件，具有固液两相流动研究更精确、高效等优点。
Description
技术领域
本发明属于两相流动实验测试测技术领域，特别是涉及一种固液两相流动观测系统。
背景技术
目前，随着港口、航道、水利及沿海城市建设的发展，疏浚企业所涉及的工程情况也更加复杂。对于疏浚施工企业来说技术水平的高低已经成为直接关系到企业生存发展的重要课题。固液两相流动技术研究是疏浚技术中重要的部分,是疏浚工程中的核心技术，决定了生产效率、工程进度安排和工程成本。固液两相流动技术是一项基于半理论半经验的技术，其研究的成果严重的依赖于实验测试技术。建立高精度固液两相流动观测系统是开展固液两相流动技术的重要基础。而迄今为止，国际上只有固液两相流动特性测试系统，还没有固液两相流动观测系统。随着疏浚事业的发展，对疏浚精度和效率的要求越来越高。现有的固液两相流动观测系统，存在无法满足固液两相流动研究需要等技术问题。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种固液两相流动观测系统。
本发明的目的是提供一种能够完成固液两相流动中固体颗粒运动位置、速度、加速度的观测，提供固液两相流动机理研究的条件，具有固液两相流动研究更精确、高效等特点的固液两相流动观测系统。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括泥泵及驱动系统、固定管道、固体颗粒投入系统、透明玻璃管、高亮度面光源、高速摄影机和数据处理器。系统由泥泵及驱动系统、固定管道、透明玻璃管组成闭式水力输送回路，通过泥泵及驱动系统的无级变转速实现管道内介质在预期的流速下流动，通过固体颗粒投入系统计量固体方量并将固体颗粒投放到固定管道中，实现管道内介质的固体颗粒浓度在预期的值，通过布置在透明玻璃管旁的高亮度面光源和高速摄影机实现透明玻璃管内的固液混合物中固体颗粒的运动形态记录，通过数据处理器实现固液混合物中固体颗粒形态记录图片的存储和处理。
本发明的观测过程通过以下方案实现，在泥泵及驱动系统、固定管道、透明玻璃管组成闭式水力输送回路中注满测试用的液体，在固体颗粒投入系统中装载测试用的固体颗粒，启动泥泵并调整转速，使闭式水力输送回路中的流速达到合适的数值，开启固体颗粒投入系统阀门，固体颗粒依靠重力和液体流动的吸力进入由泥泵及驱动系统、固定管道、透明玻璃管组成闭式水力输送回路，投入的固体颗粒量达到预计数值后关闭固体颗粒投入系统阀门，保持固液两相流动持续稳定。启动高亮度面光源、高速摄影机和数据处理器，调整高亮度面光源的亮度及高速摄影机的分辨率、焦距、光圈和快门速度，达到显示清楚、明亮的程度，开启拍摄功能拍摄生成拍摄图片，拍摄完成的图片按拍摄时间顺序命名存储于数据处理器，数据处理器通过固体颗粒的形状和位置特征对固体颗粒进行标识，根据不同时间拍摄的图片中同一组固体颗粒位置形成固体颗粒的运动轨迹，结合拍摄时间间隔计算每个固体颗粒的速度、加速度。
本发明固液两相流动观测系统所采取的技术方案是：
一种固液两相流动观测系统，其特点是：固液两相流动观测系统由泥泵、固定管道、固体颗粒投入系统、透明玻璃管、面光源、摄影机和数据处理器组成，泥泵、固定管道、透明玻璃管连接组成闭式固液两相流动循环回路，固定管道上方设置固体颗粒投入系统，透明玻璃管外设置面光源和摄影机，摄影机通过数据线连接数据处理器，数据处理器实现数据的处理和显示。
本发明固液两相流动观测系统还可以采用如下技术方案：
所述的固液两相流动观测系统，其特点是：通过泥泵直接连接的驱动电机变频实现无级调速，调整泥泵转速实现固液两相流动速度连续变化。
所述的固液两相流动观测系统，其特点是：透明玻璃管截面为圆形，材料采用有机玻璃，两侧安装有钢制法兰，通过钢制法兰与固定管道连接。
所述的固液两相流动观测系统，其特点是：固体颗粒投入系统呈倒圆锥形，下端与固定管道通过钢管连接，此连接处设置控制固体颗粒投入速度用的阀门，实现固体颗粒方量计量投放。
所述的固液两相流动观测系统，其特点是：阀门为电动闸板阀门。
所述的固液两相流动观测系统，其特点是：摄影机照相频率超过2000Hz，照相像素能分辨直径小于0.2mm的固体颗粒。
所述的固液两相流动观测系统，其特点是：面光源采用灯泡，前设置聚光凸透镜，产生直射平行光线，面光源通过调整电流实现亮度可调。
所述的固液两相流动观测系统，其特点是：数据处理器存储摄影机拍摄的图片，进行图片中固体颗粒的辨识、位置、速度、加速度分析。
本发明具有的优点和积极效果是：
固液两相流动观测系统由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明能够完成固液两相流动中固体颗粒运动位置、速度、加速度的观测，提供固液两相流动机理研究的条件，使固液两相流动研究更精确、高效。
附图说明
图1是本发明固液两相流动观测系统结构示意图。
图中，1、泥泵及驱动系统，2、固定管道，3、固体颗粒投入系统，4、透明玻璃管，5、高亮度面光源，6、高速摄影机，7、数据处理器。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
实施例1
一种固液两相流动观测系统，其特征是：固液两相流动观测系统由泥泵、固定管道、固体颗粒投入系统、透明玻璃管、面光源、摄影机和数据处理器组成，泥泵、固定管道、透明玻璃管连接组成闭式固液两相流动循环回路，固定管道上方设置固体颗粒投入系统，透明玻璃管外设置面光源和摄影机，摄影机通过数据线连接数据处理器，数据处理器实现数据的处理和显示。
通过泥泵直接连接的驱动电机变频实现无级调速，调整泥泵转速实现固液两相流动速度连续变化。透明玻璃管截面为圆形，材料采用有机玻璃，两侧安装有钢制法兰，通过钢制法兰与固定管道连接。固体颗粒投入系统呈倒圆锥形，下端与固定管道通过钢管连接，此连接处设置控制固体颗粒投入速度用的阀门，实现固体颗粒方量计量投放。摄影机照相频率超过2000Hz，照相像素能分辨直径小于0.2mm的固体颗粒。面光源采用灯泡，前设置聚光凸透镜，产生直射平行光线，面光源通过调整电流进行亮度可调。数据处理器存储摄影机拍摄的图片，进行图片中固体颗粒的辨识、位置、速度、加速度分析。
本实施例的具体结构和实施过程：
参照附图1。固液两相流动观测系统为固定管道和透明玻璃管直径为450mm的系统。由泥泵及驱动系统1、固定管道2、固体颗粒投入系统3、透明玻璃管4、高亮度面光源5、高速摄影机6和数据处理器7组成。
①泥泵及驱动系统1由进口直径450mm的泥泵和1000kW的西门子交流电机组成。
②固定管道2由直径450mm钢管制作，管道分段设计，通过法兰连接在一起。
③固体颗粒投入系统3由1cm厚钢板制成整体筒体，下端连接公称直径450mm的电动闸板阀门。
④透明玻璃管4由厚度40mm的有机玻璃制作主体段，两侧安装钢制法兰。
⑤高亮度面光源5采用大功率高亮度灯泡，前设置聚光凸透镜，通过调整调整电流调整亮度，通过调整聚光凸透镜与灯泡距离调整光线聚散程度。
⑥高速摄影机6采用OLYMPUS IX系列高速摄像机。
⑦数据处理器7采用高性能移动工作站，数据处理采用i-SPEED ControlSoftware实现。
本实施例精确观测固液两相流动状态，实现两相流动中固体相的踪迹跟踪，具有自动绘制固体相运动路径、计算固体相移动速度、加速度、观察固体相间碰撞现象等功能；能够完成固液两相流动中固体颗粒运动位置、速度、加速度的观测，提供固液两相流动机理研究的条件，使固液两相流动研究更精确、高效等积极效果。
Claims (8)
1.一种固液两相流动观测系统，其特征是：固液两相流动观测系统由泥泵、固定管道、固体颗粒投入系统、透明玻璃管、面光源、摄影机和数据处理器组成，泥泵、固定管道、透明玻璃管连接组成闭式固液两相流动循环回路，固定管道上方设置固体颗粒投入系统，透明玻璃管外设置面光源和摄影机，摄影机通过数据线连接数据处理器，数据处理器实现数据的处理和显示。
2.根据权利要求1所述的固液两相流动观测系统，其特征是：通过泥泵直接连接的驱动电机变频实现无级调速，调整泥泵转速实现固液两相流动速度连续变化。
3.根据权利要求1所述的固液两相流动观测系统，其特征是：透明玻璃管截面为圆形，材料采用有机玻璃，两侧安装有钢制法兰，通过钢制法兰与固定管道连接。
4.根据权利要求1所述的固液两相流动观测系统，其特征是：固体颗粒投入系统呈倒圆锥形，下端与固定管道通过钢管连接，此连接处设置控制固体颗粒投入速度用的阀门，实现固体颗粒方量计量投放。
5.根据权利要求4所述的固液两相流动观测系统，其特征是：阀门为电动闸板阀门。
6.根据权利要求1所述的固液两相流动观测系统，其特征是：摄影机照相频率超过2000Hz，照相像素能分辨直径小于0.2mm的固体颗粒。
7.根据权利要求1所述的固液两相流动观测系统，其特征是：面光源采用灯泡，前设置聚光凸透镜，产生直射平行光线，面光源通过调整电流实现亮度可调。
8.根据权利要求1所述的固液两相流动观测系统，其特征是：数据处理器存储摄影机拍摄的图片，进行图片中固体颗粒的辨识、位置、速度、加速度分析。
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