CN218012107U - 一种文丘里管气液多相空化流动实验平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种文丘里管气液多相空化流动实验平台，包括气液储存罐、液体管路、气体管路、气液混合管路和文丘里管测试段；气液储存罐的上部空气区域与气体管路的一端相连接，气液储存罐的下部液体区域一侧与液体管路的一端相连接；气体管路的另外一端和液体管路的另外一端与气液混合装置相连接，气液混合装置与所述气液混合管路的前端相连接，气液混合管路经过文丘里管测试段后，末端接入气液储存罐的下部液体区域另外一侧。本实用新型结构简单，采用气液存储罐，减少实验用地，采用气液混合装置减少水流脉动对实验的影响。

Description

一种文丘里管气液多相空化流动实验平台

技术领域

本实用新型涉及气液两相实验设备技术领域，特别涉及一种文丘里管气液多相空化流动实验平台。

背景技术

随着流体机械的应用学科与日俱增，应用不断拓展以及研究不断深入，其内部介质不再限于单相流体，两相（甚至多相）介质共混的状态增加了内部流体的流动复杂性。

在流体运输行业内，将面临气、液两相的工作介质，有时甚至会出现汽相，气液多相流不仅会制约流体机械的能量特性，还会引发振动和噪声等不稳定现象，因此内部气液两相流动成为研究的热点，因而需要搭建一种气液多相流动实验台对空化实验进行测试研究。

然而，直接对流体机械，例如离心泵、轴流泵、混输泵等进行测试，其造价较为昂贵、实验平台系统复杂、占地面积大、实验环境噪声较大，为了保证结构刚度，硬度等要求，需要使用不锈钢、铁等不透明的材料，这样会不利于可视化研究、观察内部流动情况分析两相流动机理。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术缺陷，提供一种文丘里管气液多相空化流动实验平台，由气、液两个管路控制，结构简单，采用气液存储罐，减少实验用地，采用气液混合装置减少水流脉动对实验的影响。

本实用新型的目的是这样实现的：一种文丘里管气液多相空化流动实验平台，包括气液储存罐、液体管路、气体管路、气液混合管路和文丘里管测试段；所述气液储存罐的上部空气区域与气体管路的一端相连接，所述气液储存罐的下部液体区域一侧与液体管路的一端相连接；所述气体管路的另外一端和液体管路的另外一端与气液混合装置相连接，所述气液混合装置与所述气液混合管路的前端相连接，所述气液混合管路经过文丘里管测试段后，末端接入气液储存罐的下部液体区域另外一侧。

进一步的，所述气液混合装置为Y型三通管结构，所述Y型三通管结构包括气体稳压腔、柔性软管和多孔喷头；所述气体稳压腔与气体管路相连接，所述多孔喷头与液体管路相连接，所述气体稳压腔内的气体通过柔性软管与多孔喷头进入液体管道，从而形成气液混合相一同进入所述气液混合管道。

进一步的，所述气体稳压腔的内环连接有八个柔性软管，两侧各四个，周向间隔90°均匀布置，所述柔性软管另一端连接液体管路，所述多孔喷头安装在柔性软管和液体管路的连接处；所述多孔喷头与液体管路的轴线夹角为15°。

进一步的，所述气液储存罐的上部设置有空气压缩机和真空泵，所述气液储存罐的顶部配有安全阀，通过抽、吸空气控制罐内气压。

进一步的，所述液体管路中设置有立式离心泵、液体电磁阀和电磁流量计，所述立式离心泵的入口与气液储存罐的液体管路出口相连，所述立式离心泵的出口与液体电磁阀相连，所述液体电磁阀的下游与电磁流量计相连接。

进一步的，所述气体管路上设置有压力传感器、气体电磁阀、减压阀、逆止阀和气体流量计，所述压力传感器设置在气液储存罐的上部出口与气体电磁阀的入口之间，所述减压阀设置在气体电磁阀的出口一侧，所述逆止阀安装在减压阀的下游，所述逆止阀的下游连接有气体流量计。

进一步的，所述气液混合管道上设置有进口压力传感器、出口压力传感器、溶氧量测试仪和文丘里管，所述进口压力传感器和出口压力传感器分别安装在文丘里管的进口处和出口处；所述溶氧量测试仪的下游与文丘里管相连。

进一步的，所述文丘里管测试段包括文丘里管、高速摄影机、面光源、计算机系统、A/D转换器和D/A转换器，所述高速摄影机布置在文丘里管的前侧，所述面光源布置在文丘里管的后侧；所述A/D转换器与电磁流量计、压力传感器、进口压力传感器、出口压力传感器、减压阀、气体流量计、溶氧量测试仪和高速摄影机电连接，进而将数据传输至计算机系统，所述计算机系统与D/A转换器电连接，所述D/A转换器与气体电磁阀和液体电磁阀电连接。

进一步的，所述文丘里管采用透明材料制成。

本实用新型采用以上技术方，与现有技术相比，有益效果为：该实验平台采用气液存储罐代替传统的水箱与气罐，大大减少了实验占地。

在气液两相混合处采用Y型三通管结构，增设了气体稳压腔、柔性软管、多孔喷头，全方位、多角度喷射气体，可以使得气体更加均匀的与液体混合，并且使得进入文丘里管实验段的气液两相流更加稳定，减少气液两相混合时的脉动对实验的影响。

该实验平台使用结构更为简单的文丘里管作为测试段，由于其结构简单，可以采用透明有机玻璃加工工艺制造而成，因此可以使用高速摄影机拍摄捕捉管内流动细节，分进而析流动机理，便于进行可视化研究。

附图说明

图1本实用新型实验平台系统示意图。

图2为本实用新型中气液混合装置示意图。

其中，1气液储存罐，2立式离心泵，3液体电磁阀，4电磁流量计，5Y型三通管结构，6压力传感器、，7气体电磁阀，8减压阀，9逆止阀，10气体流量计，11进口压力传感器，12溶氧量测试仪，13文丘里管，14出口压力传感器，15面光源，16高速摄影机，17计算机系统，18安全阀，19空气压缩机，20真空泵，21液体管路，22气体管路，23气液混合管路，24A/D转换器，25D/A转换器，26气体稳压腔，27柔性软管，28多孔喷头。

具体实施方式

如图1所示的一种文丘里管气液多相空化流动实验平台，包括气液储存罐1、液体管路21、气体管路22、气液混合管路23和文丘里管测试段；气液储存罐1的上部空气区域与气体管路22的一端相连接，气液储存罐1的下部液体区域一侧与液体管路21的一端相连接；气体管路22的另外一端和液体管路21的另外一端与气液混合装置相连接，气液混合装置与所述气液混合管路23的前端相连接，气液混合管路23经过文丘里管测试段后，末端接入气液储存罐1的下部液体区域另外一侧；气液储存罐1的上部设置有空气压缩机19和真空泵20，气液储存罐1的顶部配有安全阀18，通过抽、吸空气控制罐内气压。

液体管路21中设置有立式离心泵2、液体电磁阀3、电磁流量计4，立式离心泵2入口与气液储存罐1液体管路出口相连，用来给整个实验平台供给水流压力，是整个实验平台的“心脏”，立式离心泵2出口连接液体电磁阀3相连，电磁流量计4接在液体电磁阀3下游，液体电磁阀3与电磁流量计4通过计算机系统17监控，进而控制液体管路21的流量，用户可以方便调节不同的流量，改变实验段流速。

气体管路22中设有压力传感器6、气体电磁阀7、减压阀8、逆止阀9和气体流量计10，压力传感器6设置在气液储存罐1的上部出口与气体电磁阀7的入口之间，用来监测罐内气压，保证气压在安全阈值内，减压阀8设置在气体电磁阀7的出口一侧，安全阀18与下游的减压阀8同时配合工作，用来保证气液储存罐1内气压正常，逆止阀9安装在减压阀8的下游，防止液体管路21中的液体回流至气体管路22，逆止阀9的下游连接有气体流量计10；气体电磁阀7与气体流量计10通过计算机控制系统17控制，进而控制气体管路22的流量，用户同样可以方便调节不同的流量，使得气液混合液符合实验要求。

气液混合管道23上设有包括进口压力传感器11、出口压力传感器14、溶氧量测试仪12和文丘里管13，进口压力传感器11和出口压力传感器14分别安装在文丘里管13的进口处和出口处，用来测量文丘里管测试段空化前后的压力脉动，溶氧量测试仪12的下游与文丘里管13相连，溶氧量测试仪12则用来测量气液混合管路23中的溶氧量，由于空气中基本上只有氧气溶于水，因此通过溶氧量来表征含气量；通过改变由计算机系统17控制的气体电磁阀7和液体电磁阀3的开合大小控制流量，进而控制气液混合管路23中的溶氧量，改变实验含气量，观察含气量对文丘里管测试段空化的影响，气液混合管路23的末端接入气液储存罐1的液体区域。

文丘里管测试段包括文丘里管13、高速摄影机16、面光源15、计算机系统17、A/D转换器24和D/A转换器25，高速摄影机16布置在文丘里管13的前侧，面光源15布置在文丘里管13的后侧；A/D转换器24与电磁流量计4、压力传感器6、进口压力传感器11、出口压力传感器14、减压阀8、气体流量计10、溶氧量测试仪12和高速摄影机16电连接，进而将数据传输至计算机系统17，计算机系统17与D/A转换器25电连接，D/A转换器25与气体电磁阀7和液体电磁阀3电连接。

面光源15给文丘里管13打光，使得高速摄影机16拍摄的照片更加清晰，能够捕捉更多流动细节。由于文丘里管13结构简单，可以采用有机玻璃制造。

A/D转换器24用于接收来自电磁流量计4、压力传感器6、进口压力传感器11、出口压力传感器14、减压阀8、气体流量计10、溶氧量测试仪12和高速摄影机16的信号，并将模拟信号转换成数字信号传输给计算机系统17，与此同时，用户可以根据计算机系统17反馈回的信息或者实验所需要的工况，控制液体电磁阀3和气体电磁阀7，输出的信号通过D/A转换器25将数字信号转换成模拟信号传输给液体电磁阀3和气体电磁阀7，进而调整液体管路21、气体管路22和气液混合管路23的流量和含气量。

如图2所示，气液混合装置为Y型三通管结构5，Y型三通管结构5包括气体稳压腔26、柔性软管27和多孔喷头28；气体稳压腔26与气体管路22相连接，多孔喷头28与液体管路21相连接；气体稳压腔26的内环连接有八个柔性软管27，两侧各四个，周向间隔90°均匀布置，柔性软管27另一端连接液体管路21，多孔喷头28安装在柔性软管27和液体管路21的连接处。

气体首先在气体管路22进入气体稳压腔26，使得气体在气体稳压腔26内气压稳定，减少其脉动，气体稳压腔26的内环前后交错、周向间隔均匀各布置四个通气管路（柔性软管27），共八个管路，将气体稳压腔26内的气体通入液体管路21形成气液混合物；随后，气体从气体稳压腔26进入柔性软管27，再从多孔喷头28喷入液体管路21，柔性软管27有较低的硬度，可以进一步缓解气体的脉动，多孔喷头28与液体管路21相连，全方位、多角度喷射气体，可以使得气体更加均匀的与液体混合，同时多孔喷头28与液体管路21的轴线夹角约为15°，倾斜入流能够更好的与液体流向相同，混合更加均匀，同时减少对整个管路的振动。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种文丘里管气液多相空化流动实验平台，其特征在于，包括气液储存罐（1）、液体管路（21）、气体管路（22）、气液混合管路（23）和文丘里管测试段；所述气液储存罐（1）的上部空气区域与气体管路（22）的一端相连接，所述气液储存罐（1）的下部液体区域一侧与液体管路（21）的一端相连接；所述气体管路（22）的另外一端和液体管路（21）的另外一端与气液混合装置相连接，所述气液混合装置与所述气液混合管路（23）的前端相连接，所述气液混合管路（23）经过文丘里管测试段后，末端接入气液储存罐（1）的下部液体区域另外一侧。

2.根据权利要求1所述的一种文丘里管气液多相空化流动实验平台，其特征在于，所述气液混合装置为Y型三通管结构（5），所述Y型三通管结构（5）包括气体稳压腔（26）、柔性软管（27）和多孔喷头（28）；所述气体稳压腔（26）与气体管路（22）相连接，所述多孔喷头（28）与液体管路（21）相连接，所述气体稳压腔（26）内的气体通过柔性软管（27）与多孔喷头（28）进入液体管道（21），从而形成气液混合相一同进入所述气液混合管道（23）。

3.根据权利要求2所述的一种文丘里管气液多相空化流动实验平台，其特征在于，所述气体稳压腔（26）的内环连接有八个柔性软管（27），两侧各四个，周向间隔90°均匀布置，所述柔性软管（27）另一端连接液体管路（21），所述多孔喷头（28）安装在柔性软管（27）和液体管路（21）的连接处；所述多孔喷头（28）与液体管路（21）的轴线夹角为15°。

4.根据权利要求1所述的一种文丘里管气液多相空化流动实验平台，其特征在于，所述气液储存罐（1）的上部设置有空气压缩机（19）和真空泵（20），所述气液储存罐（1）的顶部配有安全阀（18），通过抽、吸空气控制罐内气压。

5.根据权利要求1所述的一种文丘里管气液多相空化流动实验平台，其特征在于，所述液体管路（21）中设置有立式离心泵（2）、液体电磁阀（3）和电磁流量计（4），所述立式离心泵（2）的入口与气液储存罐（1）的液体管路出口相连，所述立式离心泵（2）的出口与液体电磁阀（3）相连，所述液体电磁阀（3）的下游与电磁流量计（4）相连接。

6.根据权利要求1所述的一种文丘里管气液多相空化流动实验平台，其特征在于，所述气体管路（22）上设置有压力传感器（6）、气体电磁阀（7）、减压阀（8）、逆止阀（9）和气体流量计（10），所述压力传感器（6）设置在气液储存罐（1）的上部出口与气体电磁阀（7）的入口之间，所述减压阀（8）设置在气体电磁阀（7）的出口一侧，所述逆止阀（9）安装在减压阀（8）的下游，所述逆止阀（9）的下游连接有气体流量计（10）。

7.根据权利要求1所述的一种文丘里管气液多相空化流动实验平台，其特征在于，所述气液混合管道（23）上设置有进口压力传感器（11）、出口压力传感器（14）、溶氧量测试仪（12）和文丘里管（13），所述进口压力传感器（11）和出口压力传感器（14）分别安装在文丘里管（13）的进口处和出口处；所述溶氧量测试仪（12）的下游与文丘里管（13）相连。

8.根据权利要求1所述的一种文丘里管气液多相空化流动实验平台，其特征在于，所述文丘里管测试段包括文丘里管（13）、高速摄影机（16）、面光源（15）、计算机系统（17）、A/D转换器（24）和D/A转换器（25），所述高速摄影机（16）布置在文丘里管（13）的前侧，所述面光源（15）布置在文丘里管（13）的后侧；所述A/D转换器（24）与电磁流量计（4）、压力传感器（6）、进口压力传感器（11）、出口压力传感器（14）、减压阀（8）、气体流量计（10）、溶氧量测试仪（12）和高速摄影机（16）电连接，进而将数据传输至计算机系统（17），所述计算机系统（17）与D/A转换器（25）电连接，所述D/A转换器（25）与气体电磁阀（7）和液体电磁阀（3）电连接。

9.根据权利要求7或8所述的一种文丘里管气液多相空化流动实验平台，其特征在于，所述文丘里管（13）采用透明材料制成。

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