CN112014200A - 气固液三相流试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种气固液三相流试验装置及试验方法，其中，气固液三相流试验装置包括存储装置、安装在存储装置上的温控装置、密闭的实验室、安装在实验室内的试验台、安装在实验室上且与存储装置连接的喷枪以及实时监测系统，存储装置内存储有含有颗粒物的溶液，温控装置用于控制溶液的温度，试验台上放置有试验品，喷枪用于朝试验品表面喷射溶液，实时监测系统用于监测、采集并分析试验数据。本发明的气固液三相流试验装置能够有效模拟出火力发电废气排放管道的气、固、液三相介质交互作用的仿真环境，从而得出实验数据，为后续生产提供技术支持，试验效果好，数据精确度高。

Description

气固液三相流试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于模拟测试领域，具体涉及一种气固液三相流试验装置及试验 方法。

背景技术

火力发电废气排放管道受到高温气体、固体颗粒物和水汽的流动冲刷， 对管道使用寿命提出了严格的要求。因此在碳钢金属管道内壁制备耐腐蚀、 耐高温磨损的涂层是提高火力发电废气排放管道使用寿命的理想选择。而制 备的涂层与基体的结合力以及涂层在复杂气、固、液三相介质中的磨损行为 需要进行量化实验。而目前传统的摩擦磨损试验机主要是干摩擦或带加热功 能的销盘式干摩擦试验机，无法模拟火力发电废气排放管道的气、固、液三 相介质交互作用的仿真环境。因此如何开发一种能够模拟气、固、液三相介质交互作用的环境仿真磨损试验机己成为一个亟待解决的问题。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种气固液三相流试验装置及试 验方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种气固液三相流试验装置及试验方法， 以实现模拟火力发电废气排放管道的气、固、液三相介质交互作用的仿真环境。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种气固液三相流试验装置，所述气固液三相流试验装置包括存储装置、 安装在存储装置上的温控装置、密闭的实验室、安装在实验室内的试验台、安 装在实验室上且与存储装置连接的喷枪以及实时监测系统，所述存储装置内存 储有含有颗粒物的溶液，所述温控装置用于控制溶液的温度，所述试验台上放 置有试验品，所述喷枪用于朝试验品表面喷射溶液，所述实时监测系统用于监 测、采集并分析试验数据。

一实施例中，所述存储装置上安装有用于将溶液中的颗粒物进行均匀分散、 悬浮的超声发生装置。

一实施例中，所述溶液的温度为20℃～90℃。

一实施例中，所述试验台下方的实验室内安装有溢流槽，所述溢流槽与存 储装置连接。

一实施例中，所述喷枪与试验品表面的掠射角为1°～3°。

一实施例中，所述喷枪与驱动喷枪摆动的摆动电机配合安装。

一实施例中，所述实时监测系统包括安装在实验室内用于监测试验品表面 磨损情况的CCD实时图像采集装置、安装在存储装置内用于监测溶液温度的温 度实时监测装置、安装在喷枪上用于监测喷枪出口流速的流量实时采集装置以 及安装在试验台上用于采集试验品重量的重量实时采集监测装置。

本发明另一实施例提供的技术方案如下：

一种气固液三相流试验方法，包括如下步骤：

通过喷枪朝试验品表面喷射含有颗粒物的溶液；

监测、采集并分析试验数据；

对试验品的重量数据进行实时重量补偿，获得试验品的实时真实重量数据；

根据试验品的实时真实重量数据得出磨损量η。

另一实施例中，“对试验品的重量数据进行实时重量补偿，获得试验品的 实时真实重量数据”包括：

计算溶液的初始流速V₀，

其中，Q为溶液流量，单位为m³/s，d为喷枪口的直径， 单位为m；

计算试验品受到的冲击力F，

F＝k×m(V₀-βV₀)/Δt＝k×ρQΔt(V₀-βV₀)/Δt，其中，k为动量损失系 数，k＝0.1；β为溶液撞击试验品后的速度修正系数，β＝0.1～0.22；βV₀为溶液 由初始流速V₀撞击试验品表面后的速度；ρ为溶液密度，单位为m³/kg；Δt为溶 液由初始流速V₀与撞击试验品表面后的速度之间的速度变化所经历的时间；m 为Δt内喷射在试验品表面的溶液的总质量；

得出试验品的实时真实质量M与监测得到的实时质量监测值N之间的关系，

另一实施例中，磨损量

其中，M(0)表示初始时试验品 的实际质量，M(t)表示经过时间t秒后试验品的实际质量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明中的气固液三相流试验装置能够有效模拟出火力发电废气排放管 道的气、固、液三相介质交互作用的仿真环境，从而得出实验数据，为后续 生产提供技术支持，试验效果好，数据精确度高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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他的附图。

图1为本发明一实施例中气固液三相流试验装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中气固液三相流试验装置的局部俯视图；

图3为本发明一实施例中气固液三相流试验装置的局部侧视图；

图4为本发明一实施例中试验品的受力示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施 方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结 构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明公开了一种气固液三相流试验装置，包括存储装置、安装在存储装 置上的温控装置、密闭的实验室、安装在实验室内的试验台、安装在实验室上 且与存储装置连接的喷枪以及实时监测系统，存储装置内存储有含有颗粒物的 溶液，温控装置用于控制溶液的温度，试验台上放置有试验品，喷枪用于朝试 验品表面喷射溶液，实时监测系统用于监测、采集并分析试验数据。

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

参图1所示，一种气固液三相流试验装置，包括存储装置1、安装在存储装 置1上的温控装置2、密闭的实验室3、安装在实验室3内的试验台4、安装在 实验室3上且与存储装置1连接的喷枪5以及实时监测系统。

其中，存储装置1内存储有含有颗粒物的溶液，通过温控装置2控制溶液 的温度在20℃～90℃之间，存储装置1上安装有超声发生装置11，超声发生装 置11安装在存储装置1的底部，通过超声发生装置11将溶液中的颗粒物进行 均匀分散、悬浮。

进一步的，实验室3通过透明的保护罩实现密闭，防止溶液飞散并保持实 验室3内的温度。

参图1所示，喷枪5通过第一管道6与存储装置1连接，同时喷枪5与提 供压缩空气的空气压缩机通过第二管道7连接，通过空气压缩机提供动力从而 使得喷枪5高速喷射出含有颗粒物的溶液。

参图1所示，试验台4上放置有试验品10，通过喷枪5朝试验品10表面喷 射含有颗粒物的溶液，参图2所示，喷枪5与驱动喷枪5摆动的摆动电机12配 合安装，借助摆动电机12的工作特性并通过连接轴13与喷枪5连接从而驱动 喷枪5进行水平摆动，通过喷枪5的水平摆动能够同时进行两块试验品10的磨 损试验，参图3所示，喷枪5与试验品10表面的掠射角为1°～3°，本实施例 中，优选掠射角为2°。

参图1所示，试验台4下方的实验室3内安装有溢流槽8，溢流槽8与存储 装置1通过第三管道9连接，通过第三管道9将喷射到试验品10表面后散落的 含有颗粒物的溶液回收，并送回至存储装置1内。

本实施例中，实时监测系统包括CCD实时图像采集装置，CCD实时图像采 集装置安装在实验室3内用于监测试验品10表面磨损情况的，通过CCD实时 图像采集装置对试验品10表面磨损状态进行实时拍照，以时间为轴记录并保存 图片数据；温度实时监测装置，温度实时监测装置安装在存储装置1内用于实 时监测溶液温度的；流量实时采集装置，流量实时采集装置安装在喷枪5上用 于实时监测喷枪5出口流速，对溶液进行流量跟踪，并计算出喷枪5出口速度， 实现溶液流速对应磨损量的定量关系，重量实时采集监测装置，重量实时采集 监测装置安装在试验台4上用于实时采集试验品10的重量，计算出磨损量，重 量实时采集监测装置可采用精密天平，将试验品10放置在重量实时采集监测装 置上可进行重量的实时采集监测。

本发明还公开了一种气固液三相流试验方法，包括如下步骤：

通过喷枪5朝试验品10表面喷射含有颗粒物的溶液；

监测、采集并分析试验数据；

对试验品10的重量数据进行实时重量补偿，获得试验品10的实时真实重 量数据；

根据试验品10的实时真实重量数据得出磨损量η。

参图4所示，由于高速溶液喷射对试验品10的冲击力会对试验品10承重 造成不可忽略的影响，因此，根据实时监测的流量数据，进行重量数据的补偿， 获得试验品10真实重量的数据，数据补偿过程如下所示：

其中，F是由于溶液喷射给试验品10造成的外力，在没有溶液喷射时，试 验品10重量n＝mg，当有流速为V的溶液以α角掠射到试验品10表面时，造成 重量采集的数据偏重，根据平衡状态下，流体的连续性方程和牛顿定律，计算 过程如下，计算溶液的初始流速V₀：

其中，Q为溶液流量，单位为m³/s，d为喷枪口的直径， 单位为m；

计算试验品10受到的冲击力F：

F＝k×m(V₀-βV₀)/Δt＝k×ρQΔt(V₀-βV₀)/Δt，其中，k为动量损失系 数，k＝0.1；β为溶液撞击试验品10后的速度修正系数，β＝0.1～0.22；βV₀为 溶液由初始流速V₀撞击试验品10表面后的速度；ρ为溶液密度，单位为m³/kg； Δt为溶液由初始流速V₀与撞击试验品10表面后的速度之间的速度变化所经历的 时间；m为Δt内喷射在试验品10表面的溶液的总质量。

因此，试验品10的实时真实质量M与监测得到的实时质量监测值N之间 满足如下关系，

计算出试验品10的实时质量M＝M(t)，从而计算出磨损量

其中，M(0)表示初始时试验品10的实际质量，M(t)表示经 过时间t秒后试验品10的实际质量。

在相同的时间t内，η值的大小直接反应了试验品10上涂层的耐磨性能。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明中的气固液三相流试验装置能够有效模拟出火力发电废气排放管 道的气、固、液三相介质交互作用的仿真环境，从而得出实验数据，为后续 生产提供技术支持，试验效果好，数据精确度高。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节， 而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实 现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且 是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨 在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。 不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施 例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见， 本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以 经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种气固液三相流试验装置，其特征在于，所述试验装置包括存储装置、安装在存储装置上的温控装置、密闭的实验室、安装在实验室内的试验台、安装在实验室上且与存储装置连接的喷枪以及实时监测系统，所述存储装置内存储有含有颗粒物的溶液，所述温控装置用于控制溶液的温度，所述试验台上放置有试验品，所述喷枪用于朝试验品表面喷射溶液，所述实时监测系统用于监测、采集并分析试验数据。

2.根据权利要求1所述的气固液三相流试验装置，其特征在于，所述存储装置上安装有用于将溶液中的颗粒物进行均匀分散、悬浮的超声发生装置。

3.根据权利要求1所述的气固液三相流试验装置，其特征在于，所述溶液的温度为20℃～90℃。

4.根据权利要求1所述的气固液三相流试验装置，其特征在于，所述试验台下方的实验室内安装有溢流槽，所述溢流槽与存储装置连接。

5.根据权利要求1所述的气固液三相流试验装置，其特征在于，所述喷枪与试验品表面的掠射角为1°～3°。

6.根据权利要求1所述的气固液三相流试验装置，其特征在于，所述喷枪与驱动喷枪摆动的摆动电机配合安装。

7.根据权利要求1所述的气固液三相流试验装置，其特征在于，所述实时监测系统包括安装在实验室内用于监测试验品表面磨损情况的CCD实时图像采集装置、安装在存储装置内用于监测溶液温度的温度实时监测装置、安装在喷枪上用于监测喷枪出口流速的流量实时采集装置以及安装在试验台上用于采集试验品重量的重量实时采集监测装置。

8.一种气固液三相流试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过喷枪朝试验品表面喷射含有颗粒物的溶液；

监测、采集并分析试验数据；

对试验品的重量数据进行实时重量补偿，获得试验品的实时真实重量数据；

根据试验品的实时真实重量数据得出磨损量η。

9.根据权利要求8所述的一种气固液三相流试验方法，其特征在于，“对试验品的重量数据进行实时重量补偿，获得试验品的实时真实重量数据”包括：

计算溶液的初始流速V₀，

其中，Q为溶液流量，d为喷枪口的直径；

计算试验品受到的冲击力F，

F＝k×m(V₀-βV₀)/Δt＝k×ρQΔt(V₀-βV₀)/Δt，其中，k为动量损失系数，k＝0.1；β为溶液撞击试验品后的速度修正系数，β＝0.1～0.22；βV₀为溶液由初始流速V₀撞击试验品表面后的速度；ρ为溶液密度，单位为m³/kg；Δt为溶液由初始流速V₀与撞击试验品表面后的速度之间的速度变化所经历的时间；m为Δt内喷射在试验品表面的溶液的总质量；

得出试验品的实时真实质量M与监测得到的实时质量监测值N之间的关系，

10.根据权利要求8所述的一种气固液三相流试验方法，其特征在于，磨损量

其中，M(0)表示初始时试验品的实际质量，M(t)表示经过时间t秒后试验品的实际质量。

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