本發(fā)明屬于離子壓縮機(jī)，尤其涉及一種氣液兩相可視化試驗(yàn)系統(tǒng)、試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)：

1、目前國(guó)內(nèi)加氫站主要采用的工藝流程是基于高壓氣態(tài)氫的儲(chǔ)運(yùn)方式，主要以站外長(zhǎng)管拖車供氫為主。長(zhǎng)管拖車將20mpa的壓縮氫氣從氫氣生產(chǎn)單位運(yùn)送進(jìn)固定站，通過加氫站內(nèi)壓縮機(jī)將氫氣卸載至站內(nèi)高壓儲(chǔ)氫罐，車輛加氫時(shí)，長(zhǎng)管拖車或儲(chǔ)氫罐中輸出的氫氣，通過加氫機(jī)充裝到燃料電池汽車的車載儲(chǔ)氫瓶中。隨著新能源汽車與燃料電池的普及，作為加氫站關(guān)鍵核心裝備的壓縮機(jī)需求量也日漸上升。

2、離子壓縮機(jī)將一種具有特殊物理化學(xué)性質(zhì)的液體，即離子液，充注到氣缸中，并在液壓活塞驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行氣體的壓縮。離子液幾乎不可壓縮，也不溶解和污染氫氣，還具有良好的潤(rùn)滑和冷卻特性，離子液充注在氫氣和液壓活塞之間，解決了液壓活塞的氫氣密封問題和氫氣污染問題；同時(shí)離子壓縮機(jī)沒有活塞壓縮機(jī)的活塞環(huán)和填料等易損件，工作頻率高，占地小，使用離子壓縮機(jī)可以有效地提升壓縮效率，降低能耗。

3、已經(jīng)面世的離子壓縮機(jī)很少，但這些離子壓縮機(jī)不僅成本較高且因選擇少所以不能很好地滿足消費(fèi)者的需求，目前離子壓縮機(jī)的市場(chǎng)較為空白、具備巨大的潛力，需要加快對(duì)離子壓縮機(jī)的研發(fā)，而對(duì)離子壓縮機(jī)研發(fā)的核心在于如何對(duì)離子壓縮機(jī)氣缸內(nèi)復(fù)雜的氣液流場(chǎng)進(jìn)行模擬和觀察。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氣液兩相可視化試驗(yàn)系統(tǒng)，可以真實(shí)且高效地模擬離子壓縮機(jī)氣缸內(nèi)復(fù)雜的氣液流場(chǎng)并進(jìn)行觀察，為離子壓縮機(jī)及離子液的研發(fā)工作助力。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

3、一種氣液兩相可視化試驗(yàn)系統(tǒng)，包括沿試驗(yàn)氣體傳輸方向依次串聯(lián)的進(jìn)氣模塊、氣缸模擬模塊、出氣模塊，氣缸模擬模塊透明且內(nèi)置有試驗(yàn)液體，進(jìn)氣模塊產(chǎn)生試驗(yàn)氣體，試驗(yàn)氣體進(jìn)入氣缸模擬模塊內(nèi)，氣缸模擬模塊內(nèi)進(jìn)行活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)將試驗(yàn)氣體壓縮后送入出氣模塊中，出氣模塊將壓縮氣體排入周圍環(huán)境中。

4、優(yōu)選的，所述氣缸模擬模塊包括一級(jí)以上串聯(lián)的可視活塞單元，可視活塞單元包括一個(gè)可視活塞容器和一個(gè)單向閥，單向閥設(shè)置在可視活塞容器的出氣管路上，可視活塞容器內(nèi)盛放有試驗(yàn)液體。

5、優(yōu)選的，所述出氣模塊包括依次串聯(lián)的氣液分離器、流量計(jì)和第四閥門，且第四閥門的出氣口與周圍環(huán)境相連通，第四閥門控制壓縮氣體的最終壓力。

6、優(yōu)選的，所述可視活塞容器包括套筒、上蓋、底座、活塞和電動(dòng)升降，所述套筒透明，所述活塞設(shè)置在所述套筒內(nèi)，所述底座固定設(shè)置在所述套筒的一端，所述上蓋可拆卸的設(shè)置在所述套筒的另一端，所述底座套設(shè)在所述電動(dòng)升降上，所述電動(dòng)升降的一端與所述活塞下表面固定連接，所述電動(dòng)升降帶動(dòng)所述活塞在所述套筒內(nèi)沿所述套筒長(zhǎng)度方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)所述上蓋固定在所述套筒的一端時(shí)，所述上蓋下表面、所述套筒內(nèi)壁和所述活塞上表面形成密封空間，試驗(yàn)液體位于密封空間內(nèi)；所述上蓋上還設(shè)置有進(jìn)氣口和出氣口；當(dāng)氣缸模擬模塊中包括兩個(gè)及以上串聯(lián)的可視活塞單元，則相鄰可視活塞單元中的活塞運(yùn)行狀態(tài)相反。

7、優(yōu)選的，所述上蓋還設(shè)置有溫度傳感器、壓力傳感器。

8、優(yōu)選的，進(jìn)氣模塊包括沿試驗(yàn)氣體傳輸方向依次串聯(lián)的氣源、預(yù)熱裝置和第一閥門。

9、優(yōu)選的，還包括成像模塊，成像模塊包括攝影機(jī)和平行光源，平行光源與攝影機(jī)鏡頭相對(duì)設(shè)置，所述可視活塞容器設(shè)置在平行光源與攝影機(jī)鏡頭之間的光線照射路徑上，所述攝影機(jī)用于拍攝可視活塞容器內(nèi)的試驗(yàn)液體。

10、本發(fā)明還提供一種氣液兩相可視化試驗(yàn)方法，應(yīng)用于如上述的一種氣液兩相可視化試驗(yàn)系統(tǒng)中，包括以下步驟：

11、s1，根據(jù)本次試驗(yàn)工況，對(duì)一種氣液兩相可視化試驗(yàn)系統(tǒng)中的各試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行預(yù)先設(shè)定；

12、試驗(yàn)參數(shù)包括試驗(yàn)氣體的種類、試驗(yàn)液體的種類、試驗(yàn)液體的濃度、預(yù)熱裝置的設(shè)定溫度、可視活塞容器內(nèi)試驗(yàn)液體的初始厚度、第一閥門的出氣壓力、第四閥門的出氣壓力、電動(dòng)升降的運(yùn)動(dòng)速度、可視活塞容器的規(guī)格、活塞的上止點(diǎn)位置、本次試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間；

13、s2，將上蓋固定在套筒上，開啟第一閥門、單向閥以及第四閥門后，啟動(dòng)電動(dòng)升降，各電動(dòng)升降沿豎直方向驅(qū)動(dòng)活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可視活塞容器內(nèi)模擬離子壓縮機(jī)氣缸內(nèi)的工作情況，獲取當(dāng)前試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)：各傳感器、流量計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)攝影機(jī)拍攝可視活塞容器內(nèi)的氣液流場(chǎng)圖像；

14、s3，當(dāng)前試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，一種氣液兩相可視化試驗(yàn)系統(tǒng)斷電，出氣模塊利用氣液分離器對(duì)氣缸模擬模塊的出氣管路中的試驗(yàn)液體進(jìn)行收集。

15、本發(fā)明還提供一種氣液流場(chǎng)可視化試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法，采用如上述的一種氣液兩相可視化試驗(yàn)方法得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括以下內(nèi)容：一種氣液兩相可視化試驗(yàn)系統(tǒng)中包括串聯(lián)的兩級(jí)可視活塞單元，基于可視活塞容器中溫度傳感器數(shù)據(jù)和壓力傳感器數(shù)據(jù)，計(jì)算出串聯(lián)的兩級(jí)可視活塞容器的壓縮效率；同時(shí)對(duì)當(dāng)前試驗(yàn)中所有氣液流場(chǎng)圖像進(jìn)行分析，計(jì)算每張氣液流場(chǎng)圖像中的液滴濺射總強(qiáng)度；記錄每次試驗(yàn)后氣液分離器中的試驗(yàn)液體總量。

16、優(yōu)選的，計(jì)算出串聯(lián)的兩級(jí)可視活塞容器的壓縮效率，包括以下具體內(nèi)容：

17、在某一時(shí)刻，將第一級(jí)可視活塞容器中溫度傳感器數(shù)值記為t1、壓力傳感器數(shù)值記為p1，將第二級(jí)可視活塞容器中溫度傳感器數(shù)值記為t2、壓力傳感器數(shù)值記為p2，計(jì)算串聯(lián)的兩級(jí)可視活塞容器的壓縮效率?：

18、，其中，κ表示試驗(yàn)氣體的多變指數(shù)；

19、對(duì)氣液流場(chǎng)圖像進(jìn)行分析包括以下具體內(nèi)容：

20、觀測(cè)并記錄氣液流場(chǎng)圖像中的試驗(yàn)液體的波動(dòng)狀況、液滴濺射狀況、試驗(yàn)液體內(nèi)氣泡含量、試驗(yàn)液體與活塞的分離程度；

21、試驗(yàn)液體的波動(dòng)狀況包括試驗(yàn)液體上表面的波峰波谷、試驗(yàn)液體下表面的波峰波谷；

22、液滴濺射狀況包括試驗(yàn)液體的濺射液滴角度、濺射液滴形狀、濺射速度；

23、試驗(yàn)液體與活塞的分離程度指的是，當(dāng)前氣液流場(chǎng)圖像中，試驗(yàn)液體下表面與活塞上表面之間的最大間距；

24、計(jì)算每張氣液流場(chǎng)圖像中的液滴濺射總強(qiáng)度，包括以下具體內(nèi)容：

25、在氣液流場(chǎng)圖像中，記上蓋下表面與試驗(yàn)液體上表面間的間距為l0，當(dāng)試驗(yàn)液體上表面存在波動(dòng)時(shí)，l0取上蓋下表面與試驗(yàn)液體波動(dòng)面間間距的算術(shù)平均值；

26、記當(dāng)前氣液流場(chǎng)圖像中共有n個(gè)濺射液滴，將上蓋下表面與當(dāng)前氣液流場(chǎng)圖像中第i個(gè)濺射液滴圓心之間的垂直間距記為li，1≤i≤n?且i為正整數(shù)，則當(dāng)前氣液流場(chǎng)圖像中第i個(gè)濺射液滴的濺射強(qiáng)度ld,i為ld,i=(l0-li)/l0；當(dāng)前氣液流場(chǎng)圖像中的液滴濺射總強(qiáng)度ld,total：。

27、本發(fā)明的有益效果在于：

28、（1）本發(fā)明的一種氣液兩相可視化試驗(yàn)系統(tǒng)，可以真實(shí)的模擬離子壓縮機(jī)和多級(jí)離子壓縮機(jī)系統(tǒng)的工作過程，便于技術(shù)人員高效地進(jìn)行模擬試驗(yàn)，研究試驗(yàn)參數(shù)的改變對(duì)于離子壓縮機(jī)氣缸內(nèi)氣液流場(chǎng)穩(wěn)定性、離子壓縮機(jī)能效、壓縮氣體帶出的離子液總量所造成的影響。

29、（2）本發(fā)明的一種氣液兩相可視化試驗(yàn)系統(tǒng)，可以真實(shí)地模擬兩個(gè)及以上串聯(lián)離子壓縮機(jī)對(duì)試驗(yàn)氣體所進(jìn)行的多級(jí)壓縮。

30、（3）本發(fā)明的一種氣液兩相可視化試驗(yàn)系統(tǒng)中，可視活塞容器的上蓋可拆卸，便于技術(shù)人員根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容靈活地對(duì)向可視活塞容器內(nèi)裝入試驗(yàn)液體，或更換試驗(yàn)液體，或調(diào)整可視活塞容器內(nèi)試驗(yàn)液體的總量，提高了試驗(yàn)效率；同時(shí)也便于多次試驗(yàn)后對(duì)套筒內(nèi)試驗(yàn)液體所產(chǎn)生的積碳進(jìn)行清理。

31、（4）本發(fā)明的一種氣液兩相可視化試驗(yàn)系統(tǒng)，可視活塞容器配合成像模塊中平行光源與高速攝像機(jī)，可以得到試驗(yàn)中氣液流場(chǎng)中各種細(xì)節(jié)的高清圖像，便于技術(shù)人員去研究試驗(yàn)參數(shù)的改變對(duì)于離子壓縮機(jī)氣缸內(nèi)氣液流場(chǎng)穩(wěn)定性的影響。

32、（5）本發(fā)明的一種氣液兩相可視化試驗(yàn)方法，可以通過控制第一級(jí)可視活塞容器的進(jìn)氣壓力，和控制最終得到的壓縮氣體壓力，來模擬真實(shí)的多級(jí)離子壓縮機(jī)系統(tǒng)，并且通過各溫度傳感器tc和壓力傳感器pc來采集各可視活塞容器內(nèi)的氣體壓力與溫度，實(shí)時(shí)地?fù)Q算出各離子壓縮機(jī)的壓比分配，有助于對(duì)多級(jí)離子壓縮機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升多級(jí)離子壓縮機(jī)系統(tǒng)的安全性。

33、（6）本發(fā)明的一種氣液兩相可視化試驗(yàn)方法中，對(duì)氣液分離器中的試驗(yàn)液體進(jìn)行回收，一方面是節(jié)約成本，另一方面是對(duì)每次試驗(yàn)中壓縮氣體帶出的試驗(yàn)液體總量進(jìn)行測(cè)定，用于指導(dǎo)后續(xù)對(duì)離子液的開發(fā)、對(duì)離子壓縮機(jī)中各種試驗(yàn)參數(shù)的適宜閾值進(jìn)行標(biāo)定。

34、（7）本發(fā)明的一種氣液流場(chǎng)可視化試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法，可以獲取離子壓縮機(jī)工作過程中的重要數(shù)據(jù)，如壓縮氣體所帶出離子液容量、氣液流場(chǎng)穩(wěn)定性的相關(guān)數(shù)據(jù)、兩級(jí)離子壓縮機(jī)壓縮效率，不僅有助于技術(shù)人員日后制定更為精準(zhǔn)的氣液流場(chǎng)穩(wěn)定性判斷標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)定離子壓縮機(jī)的液滴濺射總強(qiáng)度最高閾值，還有助于核驗(yàn)多級(jí)離子壓縮機(jī)系統(tǒng)的安全性，指導(dǎo)技術(shù)人員對(duì)離子液的開發(fā)、離子壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)、離子壓縮機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、對(duì)離子壓縮機(jī)進(jìn)行最佳運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)標(biāo)定等工作。