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三相流化床测试技术

2022/07/15114 作者:佚名
导读:根据测试传感器是否侵入流场可将三相流化床测试技术分为两大类:侵入式测试技术和非侵入式测试技术。 三相流化床侵入式测试技术 侵入式测试技术(Invasive Techniques)的研究应用先于非侵入式测试技术,始于20世纪60年代。其优势在于可以方便快捷地实现局部特性参数的测量。侵入式测试所用传感器主要有针型探头、传热探头、超声探头和皮托管等。 (1)针型探头 针型探头(Needle Probes

根据测试传感器是否侵入流场可将三相流化床测试技术分为两大类:侵入式测试技术和非侵入式测试技术。

三相流化床侵入式测试技术

侵入式测试技术(Invasive Techniques)的研究应用先于非侵入式测试技术,始于20世纪60年代。其优势在于可以方便快捷地实现局部特性参数的测量。侵入式测试所用传感器主要有针型探头、传热探头、超声探头和皮托管等。

(1)针型探头

针型探头(Needle Probes)主要用于研究气液(固)系统的气相局部动力学行为。其时空分辨率分别为秒级和毫米级。单针系统主要用来研究气含率和气泡频率,双针系统可用于测量气泡速度、局部时均相界面积和平均泡弦长度分布,多针系统可以测量气泡形状。针型探头主要有电导探头和光纤探头,是三相流化床参数测量的重要手段。

电导探头测试的优势在于测量三相流化床的局部气含率,利用双针电导探头和示踪剂相结合可以测量局部液相速度及液相混合特性。双针电导探头也可用于同时测量三相流化床系统的相含率。

光纤探头有反射型探头和透射型探头之分,常用于测量三相流化床中的气泡特性。光纤探头也可用于测量局部固含率,此时,气泡的影响可通过标定加以排除,经过对反射型或透射型光纤探头的标定,该技术也可以实现三相流化床相含率的同时测量。纤探头引起误差的主要原因为气泡和探头之间的相互作用:探头表面状况影响刺穿气泡的能力,探头在多相流中的放置方向影响测量结果,气泡的形状影响气泡大小和气液相界面积估计的准确性。同时,光纤探头的标定是否准确对于测量精度也有较大影响。

(2)超声探头

超声探头(Ultrasonic Probes)测试是根据超声波在多相系统中的透射或反射特性的不同而实现参数测量的。这里所指探头是侵入式超声探头,超声探头主要用于气液系统气泡参数测量,近年来开始用于三相流化床系统的参数测量。根据测试原理的不同,分为超声透射技术和超声反射技术。根据透射声波特性测量局部气含率和局部平均相界面积等参数的方法称为超声透射技术,其需要声波发射探头和接收探头。测量时,发射探头和接收探头被气液两相系统隔开。

根据来自气泡等表面的反射声波的幅值和频率确定气泡大小和速度的方法称为超声反射技术或脉冲回波技术。超声反射技术的探头本身既是发射器,又是接收器。为了分析反射波的特性,常采用脉冲回波技术。通过分析反射波的幅值和频率可以确定气泡尺寸和局部气泡速度分布。采用超声透射探头技术,可对气液固三相循环流化床提升管内的局部气含率和局部固含率同时测量,获得相含率的径向分布规律。

三相流化床非侵入式测试技术

侵入式测试技术具有对流场有干扰、标定曲线具有不确定性、时空分辨率低(厘米或毫米级、分钟或秒级)等局限性。其中,对流场有干扰是其最大局限。非侵入式测试技术则无此缺陷,分为全局特性参数测试技术和局部特性参数测试技术。

(1)全局参数测量技术

全局测量技术包括压力传感器技术、相示踪技术、辐射衰减技术(x射线、γ射线和中子吸收射线摄影技术等)、声波技术(次生波、可闻声波到超声波等)等,可以得到三相流化床的流型、压降、相含率、气泡尺寸分布、相混合特性等。对于测得波动特性数据,还可以应用现代分析方法进行深入研究。

(2)局部参数测量技术

a、摄像技术

摄像技术是一种比较传统的可视化研究手段,对流场无干扰,常用于研究二维三相流化床内的气泡行为,结合液相和固体颗粒折射率匹配技术等,可以测得气泡的大小、分布、上升速度、运动过程和气含率等。其局限性在于只能得到壁面附近的运动情况,液相和壁面都要求透明.对于高压系统,需要耐压的视窗材料。

b、放射颗粒跟踪技术

放射线照相技术是摄像技术的延伸,而放射颗粒跟踪技术(Radioactive PanicleTrackillg,简称RPT)以放射线照相技术为基础,可以获得平均和瞬时三维多相流场图像。

在测试过程中,示踪颗粒与流化床内固体颗粒的大小和密度相同,这样,示踪颗粒的运动轨迹可以代表流化床内固体颗粒的运动轨迹。与流化床内颗粒不同的是,示踪颗粒可以发射射线,一般用γ射线。γ射线被沿流化床高度布置的多个闪烁探测器所感知。示踪颗粒位置不同,施加到每个探测器上的v射线的辐射量不同。通过估计流化床内γ射线的衰减等可以测得示踪颗粒在较长一段时间内的瞬态三维运动位置或坐标【x,y,z】。通过对颗粒运动轨迹上的点的连续微分,可以将颗粒运动的位移转换为局部和瞬时速度分量。但是,该技术1次只跟踪1个放射颗粒,属于点测量,同时,在由信号确定颗粒位置时,需要繁琐的校正程序,因此,获得完整流场的时问较长,数量级在10h级。

c、颗粒图像测速技术

颗粒图像测速(Panicle Image Velocimetry,简称PIV)技术20世纪90年代初被应用于多相流系统,以Eulerian观点获得整个流场的瞬时和平均速度分布,突破了空间单点测量技术的局限性。其测试原理是:激光束经透镜形成片光源,照射含有示踪颗粒的被测流场,用高分辨率快速CCD摄像头对流场空间进行成像数字采样,然后将图像数据输入计算机进行处理。通过计算多幅图像中分析窗口内颗粒的位移,可以得到瞬时速度场。PⅣ技术不仅可以测量三相流化床内局部颗粒瞬时速度,还可以测量速度波动、相含率、气泡大小及分布。该测试技术的难点在于相的有效识别和重建三维流场,为此提出了许多方法,如:对液相应用荧光示踪颗粒、对信号进行过滤、应用折射率匹配技术、筛选合适的光路设计等。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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