CN110441548A - 一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法 - Google Patents

一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110441548A
CN110441548A CN201910754108.2A CN201910754108A CN110441548A CN 110441548 A CN110441548 A CN 110441548A CN 201910754108 A CN201910754108 A CN 201910754108A CN 110441548 A CN110441548 A CN 110441548A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow
spiral chute
laser
film thickness
velocity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910754108.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110441548B (zh
Inventor
高淑玲
孟令国
魏德洲
崔宝玉
沈岩柏
赵强
侯端旭
王学涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeastern University China
Original Assignee
Northeastern University China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeastern University China filed Critical Northeastern University China
Priority to CN201910754108.2A priority Critical patent/CN110441548B/zh
Publication of CN110441548A publication Critical patent/CN110441548A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110441548B publication Critical patent/CN110441548B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M10/00—Hydrodynamic testing; Arrangements in or on ship-testing tanks or water tunnels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/18—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01P5/20—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the time taken to traverse a fixed distance using particles entrained by a fluid stream

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明提供一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法，本发明系统，包括：用于为流体流动提供重力和离心力复合力场的螺旋溜槽分选装置、用于实现螺旋溜槽中流体的平稳输送与闭路循环、减少流量波动、提高测试精度的流体输送与循环装置和用于测量螺旋溜槽中流体质点的流速、流膜厚度、流态分布的流速测试装置；本发明方法，根据多普勒信号和流速的变化规律判断槽底及气液界面的位置，两者垂向高差即为流膜厚度；根据流膜厚度确定测速区间路径，并通过调节激光的入射角度，获取流体质点的三维速度，进而计算雷诺数并确定流态分布。本发明解决了传统流态测量中因流场易被干扰，空间分辨率低导致的测量精度低，误差大等问题。

Description

一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法
技术领域
本发明涉及螺旋溜槽中薄膜流检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法。
背景技术
重选具有绿色环保的优点，螺旋溜槽是利用离心惯性力和重力复合力场对矿物进行分选的一种重选设备，它具有结构简单、安装与操作简易、运转可靠、低耗高效、分矿清楚，便于维护管理等诸多优点，在矿产资源分选现场得到了广泛应用。螺旋溜槽良好的分选效果受益于其独特的流场特性，因此查明螺旋溜槽中的流场特征是进一步加强分选效果的关键。
水流流态是螺旋溜槽流场特征参数之一，它受影响于螺旋溜槽结构参数和操作条件的共同作用。在螺旋溜槽工作过程中，水流流态沿径向由内向外依次呈现出层流、过渡流和湍流三种流态。流态不同，支持颗粒悬浮的法向作用力有所不同。研究表明，湍流状态下颗粒的松散分层主要依靠法向湍流脉动作用，而层流状态下则主要依靠拜格诺效应产生的分散压来维持物料的悬浮。适当的湍流强度有利于粗颗粒的悬浮，然而当湍流区域过大时，极易造成细粒有用矿物的损失。因此查清螺旋溜槽中的流态分布可为深入揭示矿床松散分层机理提供依据。螺旋溜槽中的流态分布可以根据明渠流动的雷诺数Re来判定，当Re<500时为层流，500<Re<750时为过渡流，Re>750时为湍流。Re与液流流速、流膜厚度、流体黏度和密度密切相关。在特定的分选条件下，流体黏度及其密度值是确定的，因此需要进一步获取的参量即为液流流速和流膜厚度。传统的水流流态测量方法(如毕托管法和电解质跟踪法等)均为流场接触式测量，这在一定程度上会破坏流场的稳定性，尤其对于螺旋溜槽内缘的薄膜流(流膜厚度小于1mm)来说，其抗干扰能力很弱，微小波动都会引起测量误差或错误。另外，这些测量方法的空间分辨率也较低，无法保证较高的测量精度。
发明内容
根据上述提出现有测试技术中存在的空间分辨率低、流场易被干扰等技术问题，而提供一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法。本发明系统与方法具有测量范围广、对流场无干扰、空间分辨率高等优点，极大地提高了水流流态的测量精度，为揭示螺旋溜槽分选机制及生产过程调控奠定基础。
本发明采用的技术手段如下：
一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统，包括：螺旋溜槽分选装置、流体输送与循环装置和流速测试装置；
所述螺旋溜槽分选装置包括螺旋溜槽、给料装置和导流装置；所述给料装置与所述螺旋溜槽的顶部端口螺栓连接，所述导流装置与所述螺旋溜槽的末端螺栓连接；
所述流体输送与循环装置包括高位水箱、接料桶和蠕动泵；所述蠕动泵连接接料桶，用于将所述接料桶中的流体输送至所述高位水箱；
所述流速测试装置包括计算机处理器、坐标控制器、激光控制器、坐标架和激光探头，所述计算机处理器、坐标控制器、激光控制器、坐标架和激光探头实现电连接；所述坐标控制器控制所述坐标架三维移动，所述激光控制器控制所述激光探头发射激光的数量及强弱，所述计算机处理器处理测试数据。
进一步地，所述导流装置的宽度与所述螺旋溜槽的槽面宽度一致，末端向下倾斜15°。
进一步地，所述螺旋溜槽的直径为300mm，螺距为240mm，圈数为5圈。
进一步地，所述高位水箱的上端设有用于调节流体回流以控制水位平衡的回流阀，所述回流阀通过回流管连接所述接料桶；所述高位水箱的下端依次设有用于控制给料流量的流量阀和用于控制水流开关的出水阀，所述出水阀通过给料管连接所述给料装置。
进一步地，所述蠕动泵的转速范围为0～60rad/min，流量调节范围为0～20L/min。
本发明还提供了一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试方法，包括如下步骤：
S1、在盛有蒸馏水的接料桶中加入微量示踪粒子并使其均匀分布，开启蠕动泵，将接料桶中的液流输送至高位水箱，此时回流阀、出水阀和流量阀均为关闭状态；当高位水箱中的水位与回流阀平齐时，将回流阀、出水阀、流量阀调至全通状态，此时高位水箱中的水会经过给料管进入给料装置，水流受重力作用向下自流，流至螺旋溜槽第五圈末端时经导流装置引入接料桶；在蠕动泵的抽吸作用下，接料桶中的液流重返高位水箱从而形成闭路循环；
S2、通过调节蠕动泵的转速和高位水箱的流量阀确定适宜的给料流量，当高位水箱的水位在一段时间内始终与回流阀持平且回流管中一直有微量水流溢出时，即给料流量达到稳定循环状态；
S3、给料流量稳定后，开启激光多普勒测速仪，测量螺旋溜槽末端槽面不同径向位置的流膜厚度；
S4、调节激光多普勒测速仪激光光轴所在直线垂直于螺旋溜槽末端槽面的横断面，将激光焦点聚焦于螺旋溜槽外缘处的槽底附近；通过坐标架带动激光探头沿垂直方向上移，此时流速会从0变为一定值，将流速变化前的流速零值处定为水层最低点，当激光焦点逐渐上移到水层表面时，监测的多普勒信号明显变弱，此时将该点作为气液界面；从而获得流膜厚度D1，依次沿径向向内每隔2mm测量一次液膜厚度，进而测得不同径向位置处的流膜厚度D2、D3……Di；
S5、调节激光多普勒测速仪激光光轴所在直线垂直于螺旋溜槽末端截面，根据所述步骤S4中测出的流膜厚度设置测量起点和终点，测量路径为自下而上，测量步长为0.01mm；测量过程中，四束激光同时开启，其中左右两束激光用于测量径向速度，上下两束激光用于测量轴向速度，从而测得不同径向位置处的径向速度Vx和轴向速度Vy沿水深方向的分布情况，并将不同水深处的径向速度和轴向速度分别取平均值；
S6、调节激光多普勒测速仪激光光轴所在直线重合于螺旋溜槽末端截面，考虑到槽体会在一定程度上阻挡激光入射，需在一定范围内调整探头角度，并使其不影响切向速度的测量，根据所述步骤S4中测出的流膜厚度设置测量起点和终点，测量路径为自下而上，测量步长为0.01mm；测量过程中，打开左右两束激光测量切向速度，从而测得不同径向位置处的切向速度Vz沿水深方向的分布情况，并将不同水深处的切向速度取平均值；
S7、根据步骤S5、S6中测得的三维速度，计算不同径向位置处的液流总速度，其计算公式如下：
式中，V为流体总流速，为径向速度平均值，为轴向速度平均值，为切向速度平均值；
S8、计算雷诺数分布，确定流态分布范围，其计算公式如下：
式中，Re为流体雷诺数；V为流体总流速，单位为m/s；D为流膜厚度，m；ρ为流体密度，单位为kg/m3，蒸馏水的密度为1000kg/m3；μ为流体黏度，单位为Pa·s，蒸馏水的黏度为1×10-3Pa·s。
进一步地，所述流体雷诺数Re用于确定螺旋溜槽不同径向位置处的流态，当Re<500时为层流，500<Re<750时为过渡流，Re>750时为湍流。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统，便于调节给料流量，其高位水箱可以保证给料的连续性和稳定性，减少液膜表面产生的波动，为水流流态的测量提供了良好的环境；
2、本发明根据多普勒信号和流速的变化确定流膜厚度，测量精度可以精确到0.01mm，具有准确度高、不干扰流场、空间分辨率高的优点；
3、本发明通过调节激光的入射角度可以精确测量螺旋溜槽末端截面的三维速度，进而计算雷诺数，确定流态分布范围，对分选不同性质的矿物提供依据。
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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统整体示意图。
图2为本发明实施例提供的流膜厚度测量示意图。
图3为本发明实施例提供的径向速度和轴向速度测量示意图，其中，图3(a)为激光光轴所在直线与测量面的位置关系示意图，图3(b)为激光数量示意图。
图4为本发明实施例提供的切向速度测量示意图，其中，图4(a)为激光光轴所在直线与测量面的位置关系示意图，图4(b)为激光数量示意图。
图中：1、螺旋溜槽；2、给料装置；3、给料管；4、回流管；5、回流阀；6、出水阀；7、流量阀；8、高位水箱；9、蠕动泵；10、导流装置；11、接料桶；12、激光探头；13、坐标架；14、激光控制器；15、计算机处理器；16、坐标控制器；17、螺旋溜槽的截面形状曲线；18、液膜的自由表面曲线；19、激光多普勒测速仪激光光轴所在直线。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
如图1所示，本发明提供了一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统，包括：螺旋溜槽分选装置、流体输送与循环装置和流速测试装置；
螺旋溜槽分选装置包括螺旋溜槽1、给料装置2和导流装置10；给料装置2与螺旋溜槽1的顶部端口螺栓连接，以保证液流均匀铺展；导流装置10与螺旋溜槽1的末端螺栓连接；用于将水流导入接料桶，同时防止液流溅射损蚀激光多普勒测速仪。导流装置10的宽度与螺旋溜槽1的槽面宽度一致，末端向下倾斜15°。螺旋溜槽1的直径为300mm，螺距为240mm，圈数为5圈。
流体输送与循环装置包括高位水箱8、接料桶11和蠕动泵9；蠕动泵9连接接料桶11，用于将接料桶11中的流体输送至高位水箱8；蠕动泵9的转速范围为0～60rad/min，流量调节范围为0～20L/min。高位水箱8的上端设有用于调节流体回流以控制水位平衡的回流阀5，回流阀5通过回流管4连接接料桶11；高位水箱8的下端依次设有用于控制给料流量的流量阀7和用于控制水流开关的出水阀6，出水阀6通过给料管3连接给料装置2。
流速测试装置包括计算机处理器15、坐标控制器16、激光控制器14、坐标架13和激光探头12，计算机处理器15、坐标控制器16、激光控制器14、坐标架13和激光探头12实现电连接；坐标控制器16控制坐标架13三维移动，激光控制器14控制激光探头12发射激光的数量及强弱，计算机处理器15处理测试数据。
如图2所示，为本实施例中提供的流膜厚度测量示意图，图中曲线17为螺旋溜槽的截面形状，曲线18为液膜的自由表面，如图中箭头所示，激光多普勒测速仪自下而上对液膜中的示踪粒子进行监测，以确定槽底位置和水面位置，根据两者垂向高度差计算液膜厚度。
如图3所示，为本实施例中提供的径向速度和轴向速度测量示意图，选取第五圈末端截面作为测量面，如图3(a)所示，调节激光多普勒测速仪激光光轴所在直线19垂直于该截面；如图3(b)所示，激光数量为4束。
如图4所示，为本实施例中提供的切向速度测量示意图，选取第五圈末端截面作为测量面，如图4(a)所示，调节激光多普勒测速仪激光光轴所在直线19与该截面重合；如图4(b)所示，激光数量为2束。值得说明的是，为了防止固体槽壁影响激光入射，试验过程中可适当调节激光探头角度，其不会影响切向速度的测量精度。
通过上述螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统来实现检测螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布的方法，包括如下步骤：
S1、在盛有蒸馏水的接料桶11中加入微量示踪粒子并使其均匀分布，开启蠕动泵9，将接料桶11中的液流输送至高位水箱8，此时回流阀5、出水阀6和流量阀7均为关闭状态；当高位水箱8中的水位与回流阀5平齐时，将回流阀5、出水阀6、流量阀7调至全通状态，此时高位水箱8中的水会经过给料管3进入给料装置2，水流受重力作用向下自流，流至螺旋溜槽1第五圈末端时经导流装置10引入接料桶11；在蠕动泵9的抽吸作用下，接料桶11中的液流重返高位水箱8从而形成闭路循环；
S2、通过调节蠕动泵9的转速和高位水箱8的流量阀7将给料流量调节至8L/min，当高位水箱8的水位在一段时间内始终与回流阀5持平且回流管4中一直有微量水流溢出时，即给料流量达到稳定循环状态；
S3、给料流量稳定后，开启激光多普勒测速仪，测量螺旋溜槽1末端槽面不同径向位置的流膜厚度；
S4、如图2和图3(a)所示，调节激光多普勒测速仪激光光轴所在直线19垂直于螺旋溜槽1末端槽面的横断面，将激光焦点聚焦于径向位置r＝145mm的槽底附近；通过坐标架13带动激光探头12沿垂直方向上移，此时流速会从0变为一定值，将流速变化前的流速零值处定为水层最低点，而后流速呈现一定规律的变化，并可以监测到适宜的多普勒信号，当激光焦点逐渐上移到水层表面时，监测的多普勒信号明显变弱，此时将该点作为气液界面；从而获得流膜厚度D1，依次沿径向向内每隔2mm测量一次液膜厚度，进而测得不同径向位置处的流膜厚度D2、D3……Di；
S5、如图3(a)所示，调节激光多普勒测速仪激光光轴所在直线垂直于螺旋溜槽1末端截面，根据所述步骤S4中测出的流膜厚度设置测量起点和终点，测量路径为自下而上，测量步长为0.01mm；如图3(b)所示，测量过程中，四束激光同时开启，其中左右两束激光用于测量径向速度，上下两束激光用于测量轴向速度，从而测得不同径向位置处的径向速度Vx和轴向速度Vy沿水深方向的分布情况，并将不同水深处的径向速度和轴向速度分别取平均值；
S6、如图4(a)所示，调节激光多普勒测速仪激光光轴所在直线重合于螺旋溜槽1末端截面，考虑到槽体会在一定程度上阻挡激光入射，需在一定范围内调整激光探头(12)角度，并使其不影响切向速度的测量，根据所述步骤S4中测出的流膜厚度设置测量起点和终点，测量路径为自下而上，测量步长为0.01mm；如图4(b)所示，测量过程中，打开左右两束激光测量切向速度，从而测得不同径向位置处的切向速度Vz沿水深方向的分布情况，并将不同水深处的切向速度取平均值；
S7、根据步骤S5、S6中测得的三维速度，计算不同径向位置处的液流总速度，其计算公式如下：
式中，V为流体总流速，为径向速度平均值，为轴向速度平均值，为切向速度平均值；
S8、计算雷诺数分布，确定流态分布范围，其计算公式如下：
式中，Re为流体雷诺数；V为流体总流速，单位为m/s；D为流膜厚度，m；ρ为流体密度，单位为kg/m3，蒸馏水的密度为1000kg/m3；μ为流体黏度，单位为Pa·s，蒸馏水的黏度为1×10-3Pa·s。流体雷诺数Re用于确定螺旋溜槽1不同径向位置处的流态，当Re<500时为层流，500<Re<750时为过渡流，Re>750时为湍流。
本发明提供的一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法，采用了蠕动泵9和高位水箱8相结合的液流输送方式，便于调节给料流量，而且可以保证流体运动的平稳性，提高测量精度。根据分析多普勒信号及流速的变化趋势实现了薄膜厚度的测量，且空间分辨率高，测量精度可以达到0.01mm。通过调整激光探头12的激光入射角度可以精确测量流体的三维速度。在此基础上，计算出流体雷诺数从而确定螺旋溜槽1中的流态分布特性。本发明突破了传统螺旋溜槽中水流流态检测手段的局限，极大地提高了流场参数的测量精度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统，其特征在于，包括：螺旋溜槽分选装置、流体输送与循环装置和流速测试装置；
所述螺旋溜槽分选装置包括螺旋溜槽(1)、给料装置(2)和导流装置(10)；所述给料装置(2)与所述螺旋溜槽(1)的顶部端口螺栓连接，所述导流装置(10)与所述螺旋溜槽(1)的末端螺栓连接；
所述流体输送与循环装置包括高位水箱(8)、接料桶(11)和蠕动泵(9)；所述蠕动泵(9)连接接料桶(11)，用于将所述接料桶(11)中的流体输送至所述高位水箱(8)；
所述流速测试装置包括计算机处理器(15)、坐标控制器(16)、激光控制器(14)、坐标架(13)和激光探头(12)，所述计算机处理器(15)、坐标控制器(16)、激光控制器(14)、坐标架(13)和激光探头(12)实现电连接；所述坐标控制器(16)控制所述坐标架(13)三维移动，所述激光控制器(14)控制所述激光探头(12)发射激光的数量及强弱，所述计算机处理器(15)处理测试数据。
2.根据权利要求1所述的螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统，其特征在于，所述导流装置(10)的宽度与所述螺旋溜槽(1)的槽面宽度一致，末端向下倾斜15°。
3.根据权利要求1或2所述的螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统，其特征在于，所述螺旋溜槽(1)的直径为300mm，螺距为240mm，圈数为5圈。
4.根据权利要求1所述的螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统，其特征在于，所述高位水箱(8)的上端设有用于调节流体回流以控制水位平衡的回流阀(5)，所述回流阀(5)通过回流管(4)连接所述接料桶(11)；所述高位水箱(8)的下端依次设有用于控制给料流量的流量阀(7)和用于控制水流开关的出水阀(6)，所述出水阀(6)通过给料管(3)连接所述给料装置(2)。
5.根据权利要求1所述的螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统，其特征在于，所述蠕动泵(9)的转速范围为0～60rad/min，流量调节范围为0～20L/min。
6.一种如权利要求1-5任意权利要求所述系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在盛有蒸馏水的接料桶(11)中加入微量示踪粒子并使其均匀分布，开启蠕动泵(9)，将接料桶(11)中的液流输送至高位水箱(8)，此时回流阀(5)、出水阀(6)和流量阀(7)均为关闭状态；当高位水箱(8)中的水位与回流阀(5)平齐时，将回流阀(5)、出水阀(6)、流量阀(7)调至全通状态，此时高位水箱(8)中的水会经过给料管(3)进入给料装置(2)，水流受重力作用向下自流，流至螺旋溜槽(1)第五圈末端时经导流装置(10)引入接料桶(11)；在蠕动泵(9)的抽吸作用下，接料桶(11)中的液流重返高位水箱(8)从而形成闭路循环；
S2、通过调节蠕动泵(9)的转速和高位水箱(8)的流量阀(7)确定适宜的给料流量，当高位水箱(8)的水位在一段时间内始终与回流阀(5)持平且回流管(4)中一直有微量水流溢出时，即给料流量达到稳定循环状态；
S3、给料流量稳定后，开启激光多普勒测速仪，测量螺旋溜槽(1)末端槽面不同径向位置的流膜厚度；
S4、调节激光多普勒测速仪激光光轴所在直线垂直于螺旋溜槽(1)末端槽面的横断面，将激光焦点聚焦于螺旋溜槽(1)外缘处的槽底附近；通过坐标架(13)带动激光探头(12)沿垂直方向上移，此时流速会从0变为一定值，将流速变化前的流速零值处定为水层最低点，当激光焦点逐渐上移到水层表面时，监测的多普勒信号明显变弱，此时将该点作为气液界面；从而获得流膜厚度D1，依次沿径向向内每隔2mm测量一次液膜厚度，进而测得不同径向位置处的流膜厚度D2、D3……Di；
S5、调节激光多普勒测速仪激光光轴所在直线垂直于螺旋溜槽(1)末端截面，根据所述步骤S4中测出的流膜厚度设置测量起点和终点，测量路径为自下而上，测量步长为0.01mm；测量过程中，四束激光同时开启，其中左右两束激光用于测量径向速度，上下两束激光用于测量轴向速度，从而测得不同径向位置处的径向速度Vx和轴向速度Vy沿水深方向的分布情况，并将不同水深处的径向速度和轴向速度分别取平均值；
S6、调节激光多普勒测速仪激光光轴所在直线重合于螺旋溜槽(1)末端截面，考虑到槽体会在一定程度上阻挡激光入射，需在一定范围内调整激光探头(12)角度，并使其不影响切向速度的测量，根据所述步骤S4中测出的流膜厚度设置测量起点和终点，测量路径为自下而上，测量步长为0.01mm；测量过程中，打开左右两束激光测量切向速度，从而测得不同径向位置处的切向速度Vz沿水深方向的分布情况，并将不同水深处的切向速度取平均值；
S7、根据步骤S5、S6中测得的三维速度，计算不同径向位置处的液流总速度，其计算公式如下：
式中，V为流体总流速，为径向速度平均值，为轴向速度平均值，为切向速度平均值；
S8、计算雷诺数分布，确定流态分布范围，其计算公式如下：
式中，Re为流体雷诺数；V为流体总流速，单位为m/s；D为流膜厚度，m；ρ为流体密度，单位为kg/m3，蒸馏水的密度为1000kg/m3；μ为流体黏度，单位为Pa·s，蒸馏水的黏度为1×10-3Pa·s。
7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，所述流体雷诺数Re用于确定螺旋溜槽(1)不同径向位置处的流态，当Re<500时为层流，500<Re<750时为过渡流，Re>750时为湍流。
CN201910754108.2A 2019-08-15 2019-08-15 一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法 Active CN110441548B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910754108.2A CN110441548B (zh) 2019-08-15 2019-08-15 一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910754108.2A CN110441548B (zh) 2019-08-15 2019-08-15 一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110441548A true CN110441548A (zh) 2019-11-12
CN110441548B CN110441548B (zh) 2021-04-23

Family

ID=68435906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910754108.2A Active CN110441548B (zh) 2019-08-15 2019-08-15 一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110441548B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113569503A (zh) * 2021-08-08 2021-10-29 东北大学 一种螺旋溜槽断面几何分段优化与组合设计方法
CN117990184A (zh) * 2024-04-07 2024-05-07 中国市政工程华北设计研究总院有限公司 一种具有多点位监测功能的高精度激光泥位计
CN117990184B (zh) * 2024-04-07 2024-06-25 中国市政工程华北设计研究总院有限公司 一种具有多点位监测功能的高精度激光泥位计

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29714086U1 (de) * 1996-10-04 1997-11-06 Magdeburger Förderanlagen und Baumaschinen GmbH, 39112 Magdeburg Wendelrutsche
RU2323400C2 (ru) * 2006-06-09 2008-04-27 Олег Савельевич Кочетов Вибросушилка со спиральными лотками
CN101890393A (zh) * 2010-07-07 2010-11-24 昆明理工大学 旋流连续离心分选机
US7992551B2 (en) * 2008-11-26 2011-08-09 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Oil capturing device having a rotary component
JP2011248144A (ja) * 2010-05-27 2011-12-08 Brother Ind Ltd 定着装置
CN103599842A (zh) * 2013-11-11 2014-02-26 宁德市康鑫矿山设备设计研发有限公司 一种大型塔式螺旋选矿机
CN204802493U (zh) * 2015-07-08 2015-11-25 周美林 一种多层组合式螺旋滑槽
CN205288665U (zh) * 2016-01-05 2016-06-08 江西省恒诚选矿设备有限公司 一种新型螺旋溜槽叶片
CN207280722U (zh) * 2017-10-18 2018-04-27 中国石油化工股份有限公司 一种测量原油流动阻力的实验装置
CN109731672A (zh) * 2019-01-10 2019-05-10 李春鸥 选矿螺旋溜槽

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29714086U1 (de) * 1996-10-04 1997-11-06 Magdeburger Förderanlagen und Baumaschinen GmbH, 39112 Magdeburg Wendelrutsche
RU2323400C2 (ru) * 2006-06-09 2008-04-27 Олег Савельевич Кочетов Вибросушилка со спиральными лотками
US7992551B2 (en) * 2008-11-26 2011-08-09 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Oil capturing device having a rotary component
JP2011248144A (ja) * 2010-05-27 2011-12-08 Brother Ind Ltd 定着装置
CN101890393A (zh) * 2010-07-07 2010-11-24 昆明理工大学 旋流连续离心分选机
CN103599842A (zh) * 2013-11-11 2014-02-26 宁德市康鑫矿山设备设计研发有限公司 一种大型塔式螺旋选矿机
CN204802493U (zh) * 2015-07-08 2015-11-25 周美林 一种多层组合式螺旋滑槽
CN205288665U (zh) * 2016-01-05 2016-06-08 江西省恒诚选矿设备有限公司 一种新型螺旋溜槽叶片
CN207280722U (zh) * 2017-10-18 2018-04-27 中国石油化工股份有限公司 一种测量原油流动阻力的实验装置
CN109731672A (zh) * 2019-01-10 2019-05-10 李春鸥 选矿螺旋溜槽

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GUI CHUAN YE: "《Numerical studies of the effects of design parameters on flow fields in spiral concentrators》", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF COAL PREPARATION AND UTILIZATION》 *
黄秀挺: "《螺旋溜槽流场特征及其颗粒的分选行为研究》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113569503A (zh) * 2021-08-08 2021-10-29 东北大学 一种螺旋溜槽断面几何分段优化与组合设计方法
CN117990184A (zh) * 2024-04-07 2024-05-07 中国市政工程华北设计研究总院有限公司 一种具有多点位监测功能的高精度激光泥位计
CN117990184B (zh) * 2024-04-07 2024-06-25 中国市政工程华北设计研究总院有限公司 一种具有多点位监测功能的高精度激光泥位计

Also Published As

Publication number Publication date
CN110441548B (zh) 2021-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yan et al. Velocity measurement of pneumatically conveyed solids using electrodynamic sensors
Kaftori et al. Particle behavior in the turbulent boundary layer. I. Motion, deposition, and entrainment
CN107101681B (zh) 基于相分隔和图像处理的气液两相流流量测量装置及方法
US7242474B2 (en) Cytometer having fluid core stream position control
Rutherford et al. Hydrodynamic characteristics of dual Rushton impeller stirred vessels
Cisse et al. Slipping motion of large neutrally buoyant particles in turbulence
Fan et al. Experimental investigation of various inlet section angles in mini-hydrocyclones using particle imaging velocimetry
CN102750426A (zh) 基于cfd技术的流动调整器整流效果评判方法
CN110441548A (zh) 一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法
CN102854098B (zh) 一种激光测试喷嘴粒度装置
Barlow et al. Two-phase velocity measurements in dense particle-laden jets
CN110045144A (zh) 一种封闭管道液体流速分布自动测量方法及装置
CN102680203A (zh) 微小通道气液两相流空隙率测量装置及方法
Brenn et al. Investigation of the unsteady two-phase flow with small bubbles in a model bubble column using phase-Doppler anemometry
CN105328571B (zh) 一种气‑液‑固三相磨粒流旋流流场在线观测方法及装置
CN106868503A (zh) 一种可调粉末汇聚性的激光同轴粉管式送粉喷嘴
CN109883909A (zh) 一种粉尘浓度测量装置
Micheletti et al. Study of fluid velocity characteristics in stirred solid-liquid suspensions with a refractive index matching technique
Lerche et al. Theoretical and experimental analysis of the sedimentation kinetics of concentrated red cell suspensions in a centrifugal field: Determination of the aggregation and deformation of RBC by flux density and viscosity functions
CN102066890B (zh) 用于确定作用在物体上的力的方法和系统
CN110349687A (zh) 一种基于折射率补偿的流场可视化测量实验装置
Martin et al. The local measurement of the size and velocity of bubbles rising in liquids
Kulick On the interactions between particles and turbulence in a fully-developed channel flow in air
CN107003221A (zh) 粘度测量装置
CN112844850A (zh) 一种适用于湍流场中微细颗粒运动过程观测的装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant