CN107782645A - 一种气固两相流颗粒粒径在线测量装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气固两相流颗粒粒径在线测量装置，包括空气稀释与颗粒聚焦部与光学计数测量部。其中，空气稀释与颗粒聚焦部由取样管、稀释与聚焦管、返回管组成。取样管用于连接气固两相流管路对其中气固两相流进行取样；稀释与聚焦管通过通入压缩空气对气固两相流进行稀释，同时通过管口收缩实现颗粒聚焦；返回管用于收集气固两相流并将其送回管道。光学计数测量部由激光器、聚焦透镜、光阑与探测器组成。激光器产生激光，经聚焦透镜聚焦后通过测量区，透射光强信号经光阑由探测器接收。本发明还提供一种气固两相流颗粒粒径在线测量方法，通过空气稀释与聚焦，将取样的气固两相流稀释，并将颗粒聚焦通过测量区，由于此时颗粒浓度较稀，通过测量区域的颗粒是逐一通过的，根据透射光强衰减程度与颗粒粒径的关系，基于计数法原理对逐一通过的颗粒进行计数、计算与统计，从而获得气固两相流颗粒粒径分布，实现气固两相流颗粒粒径在线测量，为气固两相流工业过程优化控制提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及两相流测量技术领域，具体而言，涉及一种气固两相流颗粒粒径在线测量装置与方法。
背景技术
气固两相流广泛存在于能源、化工、医药等领域，气固两相流颗粒粒径在线测量对工业生产节能减排、优化控制具有极为重要的意义。
目前工业粉体过程中，气固两相流颗粒粒径测量主要采用取样-筛分方法，利用等速取样装置在管路对气固两相流进行等速取样，之后利用筛分的方法获得颗粒粒径参数，以供工业过程优化调整，但该方法存在工作量大、人为因素影响较大、测量结果时间滞后等问题，无法满足气固两相流参数的动态优化需求。近年来，为实现气固两相流颗粒粒径在线测量，超声法、电学法、图像法、光学法等在线测量技术不断发展。其中，超声法穿透能力强，无需对两相流管路进行改造，但其测量结果受两相流对象参数影响；电学法具有简单可靠等优势，但通常要求与两相流流场接触，容易发生磨损；图像法虽然具有测量结果直观的优点，但要求两相流测量对象浓度较稀，颗粒的重叠也会影响测量结果；光学法利用光传播与颗粒的相互作用反演得到粒径参数，具有快速响应等优势。
发明内容
本发明的目的是：通过空气稀释与颗粒聚焦部对管道内气固两相流进行取样，并形成稀疏聚焦的颗粒流，使得通过测量区域的颗粒是逐一通过的，根据透射光强衰减程度与颗粒粒径的关系，基于计数法原理对逐一通过的颗粒进行计数、计算与统计，从而获得气固两相流颗粒粒径分布，以满足工业过程对颗粒粒径参数在线测量的需要。
针对上述目的，本发明提供了一种气固两相流颗粒粒径在线测量装置，该装置包括空气稀释与颗粒聚焦部与光学计数测量部。其中空气稀释与颗粒聚焦部用来对管道内气固两相流进行取样，并形成稀疏聚焦的颗粒流，使得通过测量区域的颗粒是逐一通过的；光学计数测量部根据透射光强衰减程度与颗粒粒径的关系，基于计数法原理对逐一通过的颗粒进行计数、计算与统计，从而获得气固两相流颗粒粒径分布。
上述空气稀释与颗粒聚焦部由取样管、稀释与聚焦管、返回管组成。取样管用于连接气固两相流管路对其中气固两相流进行取样；稀释与聚焦管通过通入压缩空气对气固两相流进行稀释，同时通过管口收缩实现颗粒聚焦；返回管用于收集气固两相流并将其送回管道。
上述空气稀释与颗粒聚焦部中，取样气固两相流由抽吸进入取样管，压缩空气通入稀释与聚焦管，返回管通过负压抽取气固两相流，并将其返回管道中。
上述光学计数测量部由激光器、聚焦透镜、光阑与探测器组成。激光器产生激光，经聚焦透镜聚焦后通过测量区，透射光经光阑由探测器接收。本发明还提供一种气固两相流颗粒粒径在线测量方法，通过空气稀释与聚焦，将取样的气固两相流稀释，并将颗粒聚焦通过测量区，由于此时颗粒浓度较稀，通过测量区域的颗粒是逐一通过的，根据透射光强衰减程度与颗粒粒径的关系，基于计数法原理对逐一通过的颗粒进行计数、计算与统计，从而获得气固两相流颗粒粒径分布，实现气固两相流颗粒粒径在线测量，为气固两相流工业过程优化控制提供参考。
在本发明的另一个方面中，提供了一种气固两相流颗粒粒径在线测量方法，通过空气稀释与聚焦，将取样的气固两相流稀释，并将颗粒聚焦通过测量区，由于此时颗粒浓度较稀，通过测量区域的颗粒是逐一通过的，根据透射光强衰减程度与颗粒粒径的关系，基于计数法原理对逐一通过的颗粒进行计数、计算与统计，从而获得气固两相流颗粒粒径分布，实现气固两相流颗粒粒径在线测量。
上述透射光强衰减程度与颗粒粒径的关系如下：
其中，D P 、D L 分别为被测量颗粒的粒径、光束的直径，K ext 为消光系数，I 0为初始光强，其为没有颗粒经过测量区域时接收器所接收到的光强值，I t 为透射光强，其为颗粒经过测量区域时接收器所接收到的光强值。
上述的计数法原理为：当稀疏颗粒两相经过测量区时产生光衰减脉动信号，认为极小值点为颗粒衰减透射光强，通过极小值点寻找及统计分析便可得到颗粒粒径分布信息。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种气固两相流颗粒粒径在线测量装置与方法，可对管道内气固两相流进行取样，并将颗粒聚焦通过测量区，基于计数法原理对逐一通过的颗粒进行计数、计算与统计，从而获得气固两相流颗粒粒径分布，以满足工业过程对颗粒粒径参数在线测量的需要。
附图说明
图1为实施例的一种气固两相流颗粒粒径在线测量装置的示意图。
图2为实施例的一种气固两相流颗粒粒径在线测量方法的原理示意图。
图3为实施例的一种气固两相流颗粒粒径在线测量方法的典型信号图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
参照图1，本实施例提供了一种气固两相流颗粒粒径在线测量装置，该装置包括空气稀释与颗粒聚焦部1与光学计数测量部2。其中空气稀释与颗粒聚焦部1用来对管道内气固两相流进行取样，并形成稀疏聚焦的颗粒流，使得通过测量区域的颗粒是逐一通过的；光学计数测量部2根据透射光强衰减程度与颗粒粒径的关系，基于计数法原理对逐一通过的颗粒进行计数、计算与统计，从而获得气固两相流颗粒粒径分布。
上述空气稀释与颗粒聚焦部1由取样管11、稀释与聚焦管12、返回管13组成。取样管11用于连接气固两相流管路对其中气固两相流进行取样；稀释与聚焦管12通过通入压缩空气对气固两相流进行稀释，同时通过管口收缩实现颗粒聚焦；返回管13用于收集气固两相流并将其送回管道。
上述空气稀释与颗粒聚焦部1中，取样气固两相流14由抽吸进入取样管11，压缩空气15通入稀释与聚焦管12，返回管13通过负压抽取气固两相流16，并将其返回管道中。
上述光学计数测量部2由激光器21、聚焦透镜22、光阑23与探测器24组成。激光器21产生激光25，经聚焦透镜22聚焦后通过测量区26，透射光经光阑23由探测器24接收。
参照图2和图3，本实施例还提供了一种气固两相流颗粒粒径在线测量方法，通过空气稀释与聚焦，将取样的气固两相流稀释，并将颗粒聚焦通过测量区，由于此时颗粒浓度较稀，通过测量区域的颗粒是逐一通过的，根据透射光强衰减程度与颗粒粒径的关系，基于计数法原理对逐一通过的颗粒进行计数、计算与统计，从而获得气固两相流颗粒粒径分布，实现气固两相流颗粒粒径在线测量，为气固两相流工业过程优化控制提供参考。
参照图2，透射光强衰减程度与颗粒粒径的关系如下：
其中，D P 、D L 分别为被测量颗粒的粒径、光束的直径，K ext 为消光系数，I 0为初始光强，其为没有颗粒经过测量区域时接收器所接收到的光强值，I t 为透射光强，其为颗粒经过测量区域时接收器所接收到的光强值。
参照图3，当稀疏颗粒两相经过测量区时产生光衰减脉动信号，认为极小值点为颗粒衰减透射光强，通过极小值点寻找及统计分析便可得到颗粒粒径分布信息。
本实施例所提供的一种气固两相流颗粒粒径在线测量装置的工作过程为：用户首先根据是实施例连接装置，返回管抽负压，使取样管对管道内气固两相流进行取样，将压缩空气通入稀释与聚焦管，形成稀疏聚焦的颗粒流，使得通过测量区域的颗粒是逐一通过的。之后启动光学计数测量部，激光器产生激光，经聚焦透镜聚焦后通过测量区，透射光经光阑由探测器接收，根据透射光强衰减程度与颗粒粒径的关系，基于计数法原理对透射光强信号进行处理，获得气固两相流颗粒粒径分布，实现气固两相流颗粒粒径在线测量。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (7)
1.一种气固两相流颗粒粒径在线测量装置，其特征在于，所述测量装置包括空气稀释与颗粒聚焦部与光学计数测量部，其中，空气稀释与颗粒聚焦部利用取样管连接气固两相流管路对其中气固两相流进行取样，利用稀释与聚焦管通过通入压缩空气对气固两相流进行稀释，同时通过管口收缩实现颗粒聚焦，并利用返回管用于收集气固两相流并将其送回管道；光学计数测量部中，激光器产生激光，经聚焦透镜聚焦后通过测量区，透射光强信号经光阑由探测器接收，对透射光强信号进行处理获得气固两相流颗粒粒径及其分布信息。
2.根据权利要求1所述的一种气固两相流颗粒粒径在线测量装置，其特征在于，所述的空气稀释与颗粒聚焦部由取样管、稀释与聚焦管、返回管组成。
3.根据权利要求1所述的一种气固两相流颗粒粒径在线测量装置，其特征在于，所述的空气稀释与颗粒聚焦部中，取样气固两相流由抽吸进入取样管，压缩空气通入稀释与聚焦管，返回管通过负压抽取气固两相流，并将其返回管道中。
4.根据权利要求1所述的一种气固两相流颗粒粒径在线测量装置，其特征在于，所述的光学计数测量部由激光器、聚焦透镜、光阑与探测器组成。
5.一种气固两相流颗粒粒径在线测量方法，其特征在于，通过空气稀释与聚焦，将取样的气固两相流稀释，并将颗粒聚焦通过测量区，由于此时颗粒浓度较稀，通过测量区域的颗粒是逐一通过的，根据透射光强衰减程度与颗粒粒径的关系，基于计数法原理对逐一通过的颗粒进行计数、计算与统计，从而获得气固两相流颗粒粒径分布，实现气固两相流颗粒粒径在线测量。
6.根据权利要求5所述的一种气固两相流颗粒粒径在线测量方法，其特征在于，所述的透射光强衰减程度与颗粒粒径的关系如下：
其中，D P 、D L 分别为被测量颗粒的粒径、光束的直径，K ext 为消光系数，I 0为初始光强，其为没有颗粒经过测量区域时接收器所接收到的光强值，I t 为透射光强，其为颗粒经过测量区域时接收器所接收到的光强值。
7.根据权利要求5所述的一种气固两相流颗粒粒径在线测量方法，其特征在于，所述的计数法原理为：当稀疏颗粒两相经过测量区时产生光衰减脉动信号，认为极小值点为颗粒衰减透射光强，通过极小值点寻找及统计分析便可得到颗粒粒径分布信息。
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