測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場的多電導(dǎo)探針裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場的多電導(dǎo)探針裝置，包括多電導(dǎo)探針、信號電路、采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)后處理程序，多電導(dǎo)探針置于氣液反應(yīng)器內(nèi)，外接信號電路，信號電路輸出部位與采集系統(tǒng)連接，采集系統(tǒng)再與電腦連接把從信號電路采集到的電壓信號傳遞給數(shù)據(jù)后處理程序進(jìn)行計算處理，多電導(dǎo)探針端部是以一根電導(dǎo)探針為中心，另外在三維坐標(biāo)系的三個方向再分別布置一根電導(dǎo)探針，本裝置對于反應(yīng)劇烈的氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡運動，不僅能測量氣泡的上升速度，還能測量氣泡的二維和三維速度，也就是能測量到氣泡的速度場。
【專利說明】測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場的多電導(dǎo)探針裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及到通氣反應(yīng)器的氣泡速度場的測量，特別是高通氣率情況下的氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場的測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氣泡速度場對于提高氣液傳質(zhì)能力以及理解反應(yīng)器的性能具有重要的意義。目前測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場主要利用粒子成像測速儀，它將氣泡作為示蹤粒子，通過互相關(guān)算法來獲得氣泡速度場，這種方法只能用于低氣含率的場所，一般是氣含率小于5%。但是很多氣液反應(yīng)器，如攪拌式反應(yīng)器經(jīng)常具有較高的氣含率，這時就需要開發(fā)能夠在高氣含率下測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場的工具。
[0003]目前已有雙電導(dǎo)探針用于測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡上升速度，對于反應(yīng)劇烈的氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡運動是多維的、復(fù)雜的，不僅需要測量氣泡的上升速度，還需要測量氣泡的二維和三維速度，也就是要獲得氣泡的速度場。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題是開發(fā)了多電導(dǎo)探針裝置，能夠測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡的二維和三維速度，即測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，所開發(fā)的測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場的多電導(dǎo)探針裝置包括多電導(dǎo)探針、信號電路、采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)后處理程序，多電導(dǎo)探針置于氣液反應(yīng)器內(nèi)，外接信號電路，信號電路輸出部位與采集系統(tǒng)連接，采集系統(tǒng)再與電腦連接把從信號電路采集到的電壓信號傳遞給數(shù)據(jù)后處理程序進(jìn)行計算處理，多電導(dǎo)探針端部是以一根電導(dǎo)探針為中心，另外在三維坐標(biāo)系的三個方向再分別布置一根電導(dǎo)探針，根據(jù)需要調(diào)整電導(dǎo)探針與電導(dǎo)探針之間裸露端中心距離為0.3?2mm，電導(dǎo)探針由鉬金材料制成，每根電導(dǎo)探針的直徑為0.1?0.2mm,表面覆蓋綠色絕緣漆，電導(dǎo)探針頂部是直徑為20?50 μ m的裸露端。信號電路中包含了一個5V電源，正極連接多電導(dǎo)探針的外殼，負(fù)極連接每個電導(dǎo)探針，電源為高頻交流電源時，頻率為IOOKHz以上，電源為直流電源時，電源的正極還要接地，信號電路回路中包含了一個串聯(lián)其中的可調(diào)電阻。當(dāng)電路采用直流電源時，須將電源正極接地以防止電極極化。工作過程中，當(dāng)氣泡碰到電導(dǎo)探針頂部裸露端，信號電路中相應(yīng)的電路會被斷開，在信號電路輸出部位產(chǎn)生高電壓信號。當(dāng)氣泡離開電導(dǎo)探針頂部裸露端，信號電路中相應(yīng)的電路又重新連接，信號電路輸出部位又回到正常電壓信號。采集系統(tǒng)把從信號電路采集到的電壓信號傳遞給數(shù)據(jù)后處理程序進(jìn)行計算處理，電腦借助數(shù)據(jù)后處理程序獲得氣泡速度場信息?？梢酝ㄟ^電腦輸出或直接使用。
[0006]本實用新型的有益效果在于對于反應(yīng)劇烈的氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡運動，不僅能測量氣泡的上升速度，還能測量氣泡的二維和三維速度，也就是能測量到氣泡的速度場。
【專利附圖】

【附圖說明】[0007]圖1表示本實用新型的測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場的多電導(dǎo)探針裝置使用時的工作示意圖。
[0008]圖2表示圖1中測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場的多電導(dǎo)探針裝置的多電導(dǎo)探針放大示意圖。
[0009]圖3表示數(shù)據(jù)后處理程序中的二值化示意圖。
[0010]圖4表示RT槳葉在通氣情況下攪拌形成的氣泡二維速度場。
[0011]圖5表示HBT+2WHd組合槳葉在通氣情況下攪拌形成的氣泡二維速度場。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本實用新型的一種實施方式做以下說明。
[0013]圖1是本實用新型的測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場的多電導(dǎo)探針裝置使用時的工作示意圖，測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場的多電導(dǎo)探針裝置包括多電導(dǎo)探針1、信號電路
2、采集系統(tǒng)3和數(shù)據(jù)后處理程序4。在多電導(dǎo)探針I(yè)上位于氣液反應(yīng)器5內(nèi)的多電導(dǎo)探針端部11置于待測量氣泡速度場的位置，攪拌時氣體通過氣液反應(yīng)器5下部的進(jìn)氣孔6引入氣體。多電導(dǎo)探針端部11是以一根中心電導(dǎo)探針111為中心，另外在三維坐標(biāo)系的三個方向再分別布置一根電導(dǎo)探針，他們分別是上下位電導(dǎo)探針112、水平位電導(dǎo)探針113和前后位電導(dǎo)探針114，電導(dǎo)探針由鉬金材料制成，每根電導(dǎo)探針的直徑為0.15mm，表面覆蓋綠色絕緣漆，電導(dǎo)探針頂部是直徑為20 μ m的裸露端，電導(dǎo)探針端部11中的每根電導(dǎo)探針之間裸露端中心距離為0.5mm。信號電路2中包含了一個5V高頻交流電源，頻率為100ΚΗz，電源正極連接多電導(dǎo)探針I(yè)的外殼，負(fù)極連接每根電導(dǎo)探針，信號電路2回路中包含了一個串聯(lián)其中的可調(diào)電阻。工作過程中，當(dāng)氣泡碰到電導(dǎo)探針頂部裸露端，信號電路2中的相應(yīng)的電路會被斷開，在信號電路2輸出部位產(chǎn)生高電壓信號。當(dāng)氣泡離開電導(dǎo)探針頂部裸露端，信號電路2中的相應(yīng)的電路又重新連接，信號電路2輸出部位又回到正常電壓信號。信號電路2輸出部位與采集系統(tǒng)3連接，高速采集系統(tǒng)3通過數(shù)據(jù)采集卡(PCI9114DG)將信號電路2輸出部位的電壓信號采集并傳遞到電腦中，電腦借助數(shù)據(jù)后處理程序4計算處理獲得氣泡速度場信息?？梢酝ㄟ^電腦輸出或直接使用。每根電導(dǎo)探針的采集頻率大于10kHz，每次至少采集1000個氣泡用于后續(xù)分析。
[0014]數(shù)據(jù)后處理程序4的第一步是將來自采集系統(tǒng)的信號通過一個閾值進(jìn)行二值化。由于噪聲通常會擾亂輸出信號，因此有必要確定一個合適的閾值(一般取幅值電壓與基線電壓之差0.1倍)。圖3是二值化示意圖。含有停留時間Tl和τ2(即氣泡經(jīng)過探針I(yè)和探針2所需的時間)。為了獲得同一氣泡產(chǎn)生的信號對，采用如下過濾方法。在分析過程中假設(shè)氣泡沿豎直方向運動，如果信號對滿足下列條件，則是可以接受:
[0015]I) trise, l^trise,2.0 ^down, 2^^down, I'
[0016]2) trisej !+ T I〈trise,2+ τ 20 tdown,2+ τ 2〈td_, 1+ τ I.[0017]3) 0.75〈2 T1/ ( τ 片 τ 2)〈1.25or0.75〈2 τ 2/( τ ^ τ 2)<1.25.[0018]rise代表上升，down代表下降。不滿足上述條件的信號對在程序后續(xù)分析過程中將會被濾掉。
[0019]氣泡運動速度，ub，通過下面的方程計算確定:
[0020]ub = Lp/ Δ t[0021]式中，Lp是通過兩個探針之間的距離，At是氣泡接觸兩個探針的時間差。
[0022]同樣氣泡水平方向的速度是通過探針I(yè)和探針3的信號來獲得，對于前后方向的氣泡速度是通過探針I(yè)和4來獲得。
[0023]圖4是RT槳葉在通氣情況下攪拌形成的氣泡二維速度場，圖5是HBT+2WHd組合槳葉在通氣情況下攪拌形成的氣泡二維速度場。這些結(jié)果的獲得都?xì)w功于多電導(dǎo)探針裝置，圖4中反映了 RT槳形成的兩個循環(huán)，其中下方的循環(huán)比上方的更靠近器壁。圖5中反映了HBT+2WHd組合槳葉不能使氣泡形成整體循環(huán)，而是每層WHd下方形成一個循環(huán)。(RT表示平直葉圓盤渦輪，HBT表示空心弧葉圓盤渦輪，WHd表示下壓的寬葉槳)。
【權(quán)利要求】
1.一種測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場的多電導(dǎo)探針裝置，包括多電導(dǎo)探針、信號電路、采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)后處理程序，多電導(dǎo)探針置于氣液反應(yīng)器內(nèi)，外接信號電路，信號電路輸出部位與采集系統(tǒng)連接，采集系統(tǒng)再與電腦連接把從信號電路采集到的電壓信號傳遞給數(shù)據(jù)后處理程序進(jìn)行計算處理，其特征在于多電導(dǎo)探針端部是以一根電導(dǎo)探針為中心，另外在三維坐標(biāo)系的三個方向再分別布置一根電導(dǎo)探針，根據(jù)需要調(diào)整電導(dǎo)探針與電導(dǎo)探針之間裸露端中心距離為0.3?2mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場的多電導(dǎo)探針裝置，其特征在于電導(dǎo)探針由鉬金材料制成，每根電導(dǎo)探針的直徑為0.1?0.2_，表面覆蓋綠色絕緣漆，電導(dǎo)探針頂部是直徑為20?50 μ m的裸露端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場的多電導(dǎo)探針裝置，其特征在于信號電路中包含了一個5V高頻交流電源時，頻率為IOOKHz以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述測量氣液反應(yīng)器內(nèi)氣泡速度場的多電導(dǎo)探針裝置，其特征在于信號電路中包含一個5V直流電源，電源的正極還要接地。
【文檔編號】G01P5/08GK203732559SQ201420047069
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月18日
【發(fā)明者】謝明輝, 夏建業(yè), 鄒晨, 黃志堅, 周國忠 申請人:浙江長城減速機有限公司