CN111504603A - 一种用于气液两相流流型研究的多功能实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，通过设置液相管路、气相管路、实验管路、数据采集部、回水管路；液相管路、实验管路、回水管路依次首尾相连，气相管路与液相管路相同连接至实验管路的输入端，由液相管路和气相管路为实验管路提供所需的气体和液体，在实验管路处进行混合并重构气液两相流，再由数据采集部采集液相管路内的液相数据、气相管路内的气相数据和实验管路内的气液两相流数据。整个实验系统采用集成化、系统化的思路，同时采用了液体的闭式循环设计，使得实验流体液相介质重复利用，降低试验成本，同时可保证液相介质的物性均匀，解决了现有临时实验装置无法保证多次实验的液相介质的物性均匀的问题。

Description

一种用于气液两相流流型研究的多功能实验系统

技术领域

本发明属于气液两相流技术领域，尤其涉及一种用于气液两相流流型研究的多功能实验系统。

背景技术

气液两相流流型作为气液两相流领域的基础研究，对于气液两相流理论发展和优化工业应用具有十分重要的意义。气液两相流流型研究多基于可视化手段，根据流道内气液两相的时空分布情况来研究流型特点。

目前，相关的研究多基于临时建立的实验装置，导致实验结果精度较低，实验系统利用率不充分，无法形成统一的实验系统标准，没有形成专门应用于水平管段内气液两相流型识别与流体动力学研究的实验系统，这对于气液两相流领域开展系统的研究十分不利。同时，临时建立的实验装置仅能支持若干次实验，无法保证多次实验的液相介质的物性均匀。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，以解决现有临时实验装置无法保证多次实验的液相介质的物性均匀的问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，包括液相管路、气相管路、实验管路、数据采集部、回水管路；

所述液相管路和所述气相管路的输出端均连接至所述实验管路的输入端，所述实验管路用于混合并重构气液两相流；

所述实验管路的输出端与所述回水管路的输入端连接；

所述回水管路的输出端与所述液相管路的输入端连接，用于分离气液两相流并将分离出的水输送至所述液相管路形成循环；

所述数据采集部设于所述实验管路，用于采集所述液相管路内的液相数据、所述气相管路内的气相数据和所述气液两相流的数据。

本发明的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，所述实验管路包括实验管、起旋器、第一差压传感器、至少一个光路矫正水箱、至少一个第二差压传感器；

所述实验管的输入端分别连接所述液相管路和所述气相管路的输出端，所述实验管的输出端连接所述回水管路的输入端；

所述起旋器设于所述实验管的输入端处，用于混合并重构气液两相流；

所述光路矫正水箱分别间隔设置于所述起旋器下游的所述实验管上；

所述第一差压传感器设于所述起旋器处的实验管上并与所述数据采集部信号连接，用于监测所述起旋器两侧的差压；

所述第二差压传感器的数量与所述光路矫正水箱的数量相匹配，所述第二差压传感器分别设于相匹配的所述光路矫正水箱下游的实验管上并与所述数据采集部信号连接，用于监测相对应的实验管的下游位置压力损失。

本发明的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，所述第一差压传感器和所述第二差压传感器均分别通过引压管与所述实验管连接。

本发明的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，所述液相管路包括液相管和依次设置在所述液相管上的第一流量控制阀、离心泵、液相流量计、水温计和第二流量控制阀；

所述液相管的输入端连接所述回水管路的输出端，所述液相管的输出端连接所述实验管路的输入端；

还包括调节阀，所述调节阀的两端分别连接于所述离心泵的输入端和输出端处的液相管上；

所述液相流量计和所述水温计分别与所述数据采集部信号连接。

本发明的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，所述气相管路包括气相管、连接所述气相管输入端的空气压缩机和依次设置在所述气相管上的第一球阀、干燥过滤器、第二球阀、缓冲罐、气相流量计以及第三球阀；

所述气相流量计与所述数据采集部信号连接。

本发明的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，所述缓冲罐上设有压力表和气温计，且所述压力表和所述气温计分别与所述数据采集部信号连接。

本发明的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，所述数据采集部包括终端、高速摄影机；

所述终端用于采集所述液相管路内的液相数据、所述气相管路内的气相数据和所述气液两相流的数据；

所述高速摄影机与所述终端信号连接，用于采集所述实验管路内的所述气液两相流的影像信息。

本发明的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，所述数据采集部还包括光源；所述光源用于根据拍摄工控适配所述高速摄影机所需的光强。

本发明的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，所述回水管路包括气水分离器、储水箱、排污阀；

所述气水分离器的输入端与所述实验管路的输出端连接；

所述储水箱的输入端与所述气水分离器的输出端连接；

所述储水箱上开有输出口和排污口，所述输出口与所述气相管路的输入端连接；

所述排污阀设于所述排污口。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1、本发明一实施例通过设置液相管路、气相管路、实验管路、数据采集部、回水管路形成多功能实验系统；其中，液相管路、实验管路、回水管路依次首尾相连，气相管路则与液相管路相同连接至实验管路的输入端，由液相管路和气相管路分别为实验管路提供所需的气体和液体，在实验管路处进行混合并重构气液两相流，再由数据采集部采集液相管路内的液相数据、气相管路内的气相数据和实验管路内的气液两相流数据。整个实验系统采用集成化、系统化的思路，同时采用了液体的闭式循环设计，使得实验流体液相介质重复利用，降低试验成本，同时可保证液相介质的物性均匀，解决了现有临时实验装置无法保证多次实验的液相介质的物性均匀的问题。

2、本发明一实施例通过在实验管上依次设置若干个光路矫正水箱，保证了高速摄影机拍摄结果的准确性，从而保证整体实验结果的准确性。

3、本发明一实施例可通过更换不同物性的流体介质，以及调整液相管路和气相管路的各项参数，实现对不同物性的流体介质在不同工况下进行流体动力学的实验研究，大大提升了实验系统的适用范围。

附图说明

图1为本发明的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统的示意图；

图2为本发明的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统的光路矫正水箱的正视图；

图3为本发明的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统的光路矫正水箱的等轴测视图。

附图标记说明：11：第一流量控制阀；12：调节阀；13：离心泵；14：液相流量计；15：水温计；16：第二流量控制阀；21：空气压缩机；22：第一球阀；23：干燥过滤器；24：第二球阀；25：缓冲罐；26：压力表；27：气温计；28：气相流量计；29：第三球阀；31：实验管；32：起旋器；33：光路矫正水箱；34：第一差压传感器；35：第二差压传感器；41：高速摄影机；42：光源；43：数据传输电缆；44：终端；51：气水分离器；52：储水箱；53：排污阀。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于气液两相流流型研究的多功能实验系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

参看图1，在一个实施例中，一种用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，包括液相管路、气相管路、实验管31路、数据采集部、回水管路。

其中，

液相管路和气相管路的输出端均连接至实验管31路的输入端，实验管31路用于混合并重构气液两相流。实验管31路的输出端与回水管路的输入端连接。回水管路的输出端与液相管路的输入端连接，用于分离气液两相流并将分离出的水输送至液相管路形成循环。

数据采集部则设于实验管31路上，用于采集液相管路内的液相数据、气相管路内的气相数据和气液两相流的数据。

本实施例通过设置液相管路、气相管路、实验管31路、数据采集部、回水管路形成多功能实验系统；其中，液相管路、实验管31路、回水管路依次首尾相连，气相管路则与液相管路相同连接至实验管31路的输入端，由液相管路和气相管路分别为实验管31路提供所需的气体和液体，在实验管31路处进行混合并重构气液两相流，再由数据采集部采集液相管路内的液相数据、气相管路内的气相数据和实验管31路内的气液两相流数据。整个实验系统采用集成化、系统化的思路，同时采用了液体的闭式循环设计，使得实验流体液相介质重复利用，降低试验成本，同时可保证液相介质的物性均匀，解决了现有临时实验装置无法保证多次实验的液相介质的物性均匀的问题。

下面对本实施例的多功能实验系统的具体结构进行说明：

参看图2和图3，在本实施例中，实验管31路包括实验管31、起旋器32、第一差压传感器34、至少一个光路矫正水箱33、至少一个第二差压传感器35。

实验管31的输入端分别连接液相管路和气相管路的输出端，实验管31的输出端连接回水管路的输入端。

起旋器32设于实验管31的输入端处，用于混合并重构气液两相流。起旋器32安装的具体位置可与实验管31的输入端留有一定距离，以保证液体和气体可在起旋器32上有充分混合形成气液两相流，起旋器32的作用则是将气液两相流形成旋流状态，重构气液两相界面。

光路矫正水箱33分别间隔设置于起旋器32下游的实验管31上。光路矫正水箱33则是用于保证高速摄影机41拍摄结果的准确性，从而保证整体实验结果的准确性。具体的，光路矫正水箱33的外形呈长方体结构的透明箱体，实验管31同轴贯穿于光路矫正水箱33两侧中心处的圆孔，将水充满于由光路矫正水箱33和实验管31外壁形成的腔体内，用于矫正高速摄影机41在拍摄时的拍摄光路，以得到清晰准确的图像。

第一差压传感器34设于起旋器32处的实验管31上并与数据采集部信号连接，用于监测起旋器32两侧的差压。第二差压传感器35的数量与光路矫正水箱33的数量相匹配，第二差压传感器35分别设于相匹配的光路矫正水箱33下游的实验管31上并与数据采集部信号连接，用于监测相对应的实验管31的下游位置压力损失。其中，第一差压传感器34和第二差压传感器35均分别通过引压管与实验管31连接。

在本实施例中，液相管路包括液相管和依次设置在液相管上的第一流量控制阀11、离心泵13、液相流量计14、水温计15和第二流量控制阀16。液相管的输入端连接回水管路的输出端，液相管的输出端连接实验管31路的输入端。液相流量计14和水温计15分别与数据采集部信号连接。

进一步地，液相管上还设有调节阀12，调节阀12的两端分别连接于离心泵13的输入端和输出端处的液相管上。

在本实施例中，气相管路具体可包括气相管、连接气相管输入端的空气压缩机21和依次设置在气相管上的第一球阀22、干燥过滤器23、第二球阀24、缓冲罐25、气相流量计28以及第三球阀29。气相流量计28与数据采集部信号连接。

进一步地，缓冲罐25上设置有压力表26和气温计27，且压力表26和气温计27分别与数据采集部信号连接。

在本实施例中，数据采集部包括终端44、高速摄影机41、光源42。

终端44具体可为计算机，用于采集液相管路内的液相数据、气相管路内的气相数据和气液两相流的数据。液相数据即为液相流量计14和水温计15提供给终端44的数据。

高速摄影机41与终端44信号连接，并可移动设置在各个光路矫正水箱33处，用于采集实验管31路内的气液两相流的影像信息。光源42是可调节的，可移动设置在各个光路矫正水箱33处，用于根据拍摄工控适配高速摄影机41所需的光强。

其中，气相数据为气相流量计28、气温计27、压力表26提供给终端44内的数据。液相数据包括高速摄影机41采集的影像信息以及第一差压传感器34和各个第二差压传感器35提供给终端44的数据。

在本实施例中，回水管路包括气水分离器51、储水箱52、排污阀53。气水分离器51的输入端与实验管31路的输出端连接。储水箱52的输入端与气水分离器51的输出端连接。储水箱52的底部开有输出口和排污口，输出口与气相管路的输入端连接。排污阀53设于排污口。

下面对本实施例的多功能实验系统的操作原理进行说明：

气液两相以空气-水为例，水通过液相管路进入实验管31路，水从储水箱52来流并通过离心泵13进行泵送，同时调节第一流量控制阀11、调节阀12、第二流量控制阀16控制水流量，通过液相流量计14和水温计15实时监测水的体积流量和温度，并传入终端44；空气通过气相管路进入实验管31路，空气首先经过空气压缩机21加压后进入下游管路，经干燥过滤器23干燥过滤后进入缓冲罐25稳压，并通过压力表26和温度计实时监测空气的压力和温度，通过第三球阀29调节空气流量，并通过气相流量计28实时监测空气体积流量，空气的压力、温度、流量传入终端44；空气和水在实验管31上游前端充分混合形成气液两相流进入实验管31下游；在起旋器32的作用下形成旋流状态，重构气液两相界面，第一差压传感器34实时监测起旋器32两侧的压降，第二差压传感器35分别实时监测相对应的光路矫正水箱33处的差压并传入终端44；高速摄影机41负责记录气液两相流的动态行为，根据预定的拍摄位置，通过光源42调节好光源42强度以使高速摄影机41达到最好的拍摄效果，并将拍摄数据通过数据传输电缆43传入终端44；气液两相流出实验管31下游末端时通过管路进入回水系统，气液两相进入气水分离器51将气水两相混合物分离，分离出的空气排入大气，分离出的水流入储水箱52实现循环利用。实验过程中通过各个阀门的调节实现不同流量的空气-水混合，从而达到不同的混合效果，满足不同的实验工况。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，其特征在于，包括液相管路、气相管路、实验管路、数据采集部、回水管路；

所述液相管路和所述气相管路的输出端均连接至所述实验管路的输入端，所述实验管路用于混合并重构气液两相流；

所述实验管路的输出端与所述回水管路的输入端连接；

所述回水管路的输出端与所述液相管路的输入端连接，用于分离气液两相流并将分离出的水输送至所述液相管路形成循环；

所述数据采集部设于所述实验管路，用于采集所述液相管路内的液相数据、所述气相管路内的气相数据和所述气液两相流的数据。

2.如权利要求1所述的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，其特征在于，所述实验管路包括实验管、起旋器、第一差压传感器、至少一个光路矫正水箱、至少一个第二差压传感器；

所述实验管的输入端分别连接所述液相管路和所述气相管路的输出端，所述实验管的输出端连接所述回水管路的输入端；

所述起旋器设于所述实验管的输入端处，用于混合并重构气液两相流；

所述光路矫正水箱分别间隔设置于所述起旋器下游的所述实验管上；

所述第一差压传感器设于所述起旋器处的实验管上并与所述数据采集部信号连接，用于监测所述起旋器两侧的差压；

所述第二差压传感器的数量与所述光路矫正水箱的数量相匹配，所述第二差压传感器分别设于相匹配的所述光路矫正水箱下游的实验管上并与所述数据采集部信号连接，用于监测相对应的实验管的下游位置压力损失。

3.如权利要求2所述的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，其特征在于，所述第一差压传感器和所述第二差压传感器均分别通过引压管与所述实验管连接。

4.如权利要求1所述的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，其特征在于，所述液相管路包括液相管和依次设置在所述液相管上的第一流量控制阀、离心泵、液相流量计、水温计和第二流量控制阀；

所述液相管的输入端连接所述回水管路的输出端，所述液相管的输出端连接所述实验管路的输入端；

还包括调节阀，所述调节阀的两端分别连接于所述离心泵的输入端和输出端处的液相管上；

所述液相流量计和所述水温计分别与所述数据采集部信号连接。

5.如权利要求1所述的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，其特征在于，所述气相管路包括气相管、连接所述气相管输入端的空气压缩机和依次设置在所述气相管上的第一球阀、干燥过滤器、第二球阀、缓冲罐、气相流量计以及第三球阀；

所述气相流量计与所述数据采集部信号连接。

6.如权利要求5所述的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，其特征在于，所述缓冲罐上设有压力表和气温计，且所述压力表和所述气温计分别与所述数据采集部信号连接。

7.如权利要求1所述的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，其特征在于，所述数据采集部包括终端、高速摄影机；

所述终端用于采集所述液相管路内的液相数据、所述气相管路内的气相数据和所述气液两相流的数据；

所述高速摄影机与所述终端信号连接，用于采集所述实验管路内的所述气液两相流的影像信息。

8.如权利要求7所述的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，其特征在于，所述数据采集部还包括光源；所述光源用于根据拍摄工控适配所述高速摄影机所需的光强。

9.如权利要求7所述的用于气液两相流流型研究的多功能实验系统，其特征在于，所述回水管路包括气水分离器、储水箱、排污阀；

所述气水分离器的输入端与所述实验管路的输出端连接；

所述储水箱的输入端与所述气水分离器的输出端连接；

所述储水箱上开有输出口和排污口，所述输出口与所述气相管路的输入端连接；

所述排污阀设于所述排污口。

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