一种颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置及方法，包括数据采集系统、数据处理系统、测量前端电路以及用于提供电能的电源系统，其中，测量前端电路包括第一测量支路、第二测量支路、第三测量支路、第四测量支路及第五测量支路，第一测量支路、第二测量支路、第三测量支路、第四测量支路及第五测量支路并联连接，该装置及方法能够准确测量颗粒堆积床内气液两相流含气率。

A device and method for measuring gas holdup of gas-liquid two-phase flow in granular packed bed

The invention discloses a gas-liquid two-phase flow void holdup measurement device and method in a particle packed bed, including a data acquisition system, a data processing system, a measuring front-end circuit and a power supply system for providing electric energy. The measuring front-end circuit comprises a first measuring branch, a second measuring branch, a third measuring branch, a fourth measuring branch and a fifth measuring branch, and the first measuring branch. The branch, the second branch, the third branch, the fourth branch and the fifth branch are connected in parallel. The device and method can accurately measure the gas-liquid two-phase flow void fraction in the granular packed bed.

【技术实现步骤摘要】
一种颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置及方法
本专利技术涉及一种气液两相流含气率的测量装置及方法，具体涉及一种颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置及方法。
技术介绍
气液两相流广泛存在于包括农业、能源、冶金、化工等多门学科及
，而颗粒堆积床内的气液两相流与工程实践结合更加紧密，例如石油的开采过程、化学工程中的固化床、食品和药材的对流干燥等。颗粒堆积床内的气液两相流受空间结构的影响，流动规律复杂且无法直接观测，因此开发改进针对颗粒堆积床内的气液两相流测量装置和方法很有必要。目前，气液两相流的测量方法主要有快关阀法、光纤探针法、电导探针法、双射线法等。快关阀法操作复杂，需要对实验管段进行较大地改造且无法实现实时测量；双射线法由于堆积颗粒的层层堆积，无法应用于颗粒堆积床内气液两相流含气率的测量；光纤探针造价高且材料多为玻璃，工作过程中易被堆积颗粒碰撞损坏；电导探针较光纤探针造价更低且更为耐用，对气泡的刺破能力强，输出的电信号易于处理，因此适用于颗粒堆积床内气液两相流含气率的实时测量。使用电导探针进行测量主要存在的问题是：单根探针的测量范围有限，无法完整反应颗粒堆积床内的流动特征，进而导致获得的截面含气率数值精度较低，且一旦在运行过程中受损就无法继续运行，稳定性较差；布置多根探针进行测量时，若在测量截面上布置多根探针形成网状结构，虽然可以获得该截面上较为完整的流动信息，但对颗粒堆积床结构以及流动结构的破坏严重，影响测量准确性；若在沿流动方向上布置多根探针，则探针的数量、间距及各探针测量结果在测试段内平均含气率中所占比例都是至关重要的。据检索，发现以下相关的专利公开文献，具体公开内容如下：专利文献CN205426837U公开了一种用于在线测量气液两相流含气率的测量系统，包括一对探针、阻抗测量单元、信号极性转换模块，每个测点由两根探针组成，与一个阻抗测量单元及一个信号极性转换模块连接，该测量系统通过连续测量阻抗的方式实现了对气液两相流含气率的实时测量，从而进一步对流型进行判别。存在的问题是该方法只针对单点测量的结果进行分析，测量数据单一，信息丢失严重，难以对整体流动进行描述；出现测量误差时无法及时发现，测量数据的可信度低；一旦探针损坏则整个测量系统都无法使用，稳定性差。专利文献CN103018285A公开了一种非接触式的电导气液两相流含气率的测量装置和方法。包括交流激励源、绝缘管道、六个电极、电感模块、电子开关、电子开关控制逻辑电路、信号处理模块、数据采集系统以及微型计算机。该装置使用了六电极非接触式电导传感器测量气液两相流含气率，传感器电机不与流体直接接触，从而不影响气液两相流的流型，有效避免了接触式电导测量法存在的破坏气液两相流流动的问题，但该方法在对颗粒堆积床内的气液两相流动的测量中有着一定的局限性，受颗粒堆积床的影响，电导传感器无法准确测量气液两相流含气率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置及方法，该装置及方法能够准确测量颗粒堆积床内气液两相流含气率。为达到上述目的，本专利技术所述的颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置包括数据采集系统、数据处理系统、测量前端电路以及用于提供电能的电源系统，其中，测量前端电路包括第一测量支路、第二测量支路、第三测量支路、第四测量支路及第五测量支路，第一测量支路、第二测量支路、第三测量支路、第四测量支路及第五测量支路并联连接；第一测量支路包括串联连接的第一探针、第一恒温定值电阻及第一开关；第二测量支路包括串联连接的第二探针、第二恒温定值电阻及第二开关；第三测量支路包括串联连接的第三探针、第三恒温定值电阻及第三开关；第四测量支路包括串联连接的第四探针、第四恒温定值电阻及第四开关；第五测量支路包括串联连接的第五探针、第五恒温定值电阻及第五开关；第一探针的测点、第二探针的测点及第三探针的测点均置于测量段不同高度横截面的圆心位置处，第四探针的测点及第五探针的测点位于测量段内且与测量段内壁之间的距离小于D/20，其中，D为测量段的直径，第二探针的测点、第四探针的测点与第五探针的测点位于测量段的中心横截面上，第一探针的测点、第二探针的测点及第三探针的测点沿测量段的轴向依次分布，数据采集系统用于检测并预处理第一恒温定值电阻两端的电压信息、第二恒温定值电阻两端的电压值信息、第三恒温定值电阻两端的电压值信息、第四恒温定值电阻两端的电压值信息及第五恒温定值电阻两端的电压值信息，数据采集系统的输出端与数据处理系统相连接。数据采集系统包括滤波电路、放大电路、A/D模数转换器以及用于检测第一恒温定值电阻两端的电压信息、第二恒温定值电阻两端的电压值信息、第三恒温定值电阻两端的电压值信息、第四恒温定值电阻两端的电压值信息及第五恒温定值电阻两端的电压值信息的电压检测电路，其中，电压检测电路的输出端依次经滤波电路、放大电路及A/D模数转换器与数据处理系统相连接。第一探针的测点、第二探针的测点及第三探针的测点距离测量段底面之间的距离分别为L/4、L/2、3L/4，其中，L为测量段的长度。测量段的长度小于等于1米。第一探针、第二探针、第三探针、第四探针及第五探针均包括针芯及套管，其中，针芯的针尖呈30°锥形结构，针芯插入于套管内，其中，针芯的针尖位于套管外，针芯与套管之间填充有绝缘填充材料，针芯及套管分别作为正极及负极，导通距离为0.206mm。本专利技术所述的颗粒堆积床内气液两相流含气率测量方法包括以下步骤：第一探针、第二探针、第三探针、第四探针及第五探针分别对测量段中的测点1、测点2、测点3、测点4及测点5进行测量，其中，当纯液体流过测量段时，第一恒温定值电阻两侧的电压为高电压U1，当气体流过测量段时，第一恒温定值电阻两侧的电压为低电压U0，得到范围在0到1之间的无量纲参数其中，数据处理系统绘制U随时间变化的信号波形图，并通过所述信号波形图判断测点1所处的相；当信号从1变化到0并回到1，则代表一个气泡通过该测点，气泡经过测点1的时间通过记录电压信号从1变化到0过程中时与从0变化到1过程中时之间的时间差ΔTg获得；设置时间间隔其中，气液两相的流动速度QG与QL分别为气体体积流量与液体体积流量，测点2、测点4及测点5在T0时刻的局部含气率为在T0-ΔT时刻至T0+ΔT时刻内测点i通过气泡的时间总和，i＝2、4、5，测点1在T0-ΔT时刻的局部含气率为在T0-2ΔT时刻至T0时刻内测点1通过气泡的时间总和，测点3在T0+ΔT时刻的局部含气率为在T0时刻至T0+2ΔT时刻内测点3通过气泡的时间总和，将α1、α2、α3、α4及α5作为测量段内对应测点的局部含气率；以测试点为纵坐标的横轴，以α1、α2、α3为纵轴，绘制纵向含气率变化曲线，当α1、α2、α3越接近，则说明所述颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置正常工作，且测量段内流体的流动越趋于稳定。以测点的横坐标为横轴，以α2、α4及α5为纵轴，绘制横向含气率变化曲线，当α2、α4及α5越接近，则说明测量段的含气率越低，气液两相流的壁面效应越不明显。当α1、α2、α3中任意一个值与其他两个值的平均值之间的误差大于15％，则说明该值对应的探针出现故障；当α2、α4、α5中任意一个值与其他两个值的平均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置，其特征在于，包括数据采集系统、数据处理系统、测量前端电路以及用于提供电能的电源系统，其中，测量前端电路包括第一测量支路、第二测量支路、第三测量支路、第四测量支路及第五测量支路，第一测量支路、第二测量支路、第三测量支路、第四测量支路及第五测量支路并联连接；第一测量支路包括串联连接的第一探针(1)、第一恒温定值电阻及第一开关；第二测量支路包括串联连接的第二探针(2)、第二恒温定值电阻及第二开关；第三测量支路包括串联连接的第三探针(3)、第三恒温定值电阻及第三开关；第四测量支路包括串联连接的第四探针(4)、第四恒温定值电阻及第四开关；第五测量支路包括串联连接的第五探针(5)、第五恒温定值电阻及第五开关；第一探针(1)的测点、第二探针(2)的测点及第三探针(3)的测点均置于测量段不同高度横截面的圆心位置处，第四探针(4)的测点及第五探针(5)的测点位于测量段内且与测量段内壁之间的距离小于D/20，其中，D为测量段的直径，第二探针(2)的测点、第四探针(4)的测点与第五探针(5)的测点位于测量段的中心横截面上，第一探针(1)的测点、第二探针(2)的测点及第三探针(3)的测点沿测量段的轴向依次分布，数据采集系统用于检测并预处理第一恒温定值电阻两端的电压信息、第二恒温定值电阻两端的电压值信息、第三恒温定值电阻两端的电压值信息、第四恒温定值电阻两端的电压值信息及第五恒温定值电阻两端的电压值信息，数据采集系统的输出端与数据处理系统相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置，其特征在于，包括数据采集系统、数据处理系统、测量前端电路以及用于提供电能的电源系统，其中，测量前端电路包括第一测量支路、第二测量支路、第三测量支路、第四测量支路及第五测量支路，第一测量支路、第二测量支路、第三测量支路、第四测量支路及第五测量支路并联连接；第一测量支路包括串联连接的第一探针(1)、第一恒温定值电阻及第一开关；第二测量支路包括串联连接的第二探针(2)、第二恒温定值电阻及第二开关；第三测量支路包括串联连接的第三探针(3)、第三恒温定值电阻及第三开关；第四测量支路包括串联连接的第四探针(4)、第四恒温定值电阻及第四开关；第五测量支路包括串联连接的第五探针(5)、第五恒温定值电阻及第五开关；第一探针(1)的测点、第二探针(2)的测点及第三探针(3)的测点均置于测量段不同高度横截面的圆心位置处，第四探针(4)的测点及第五探针(5)的测点位于测量段内且与测量段内壁之间的距离小于D/20，其中，D为测量段的直径，第二探针(2)的测点、第四探针(4)的测点与第五探针(5)的测点位于测量段的中心横截面上，第一探针(1)的测点、第二探针(2)的测点及第三探针(3)的测点沿测量段的轴向依次分布，数据采集系统用于检测并预处理第一恒温定值电阻两端的电压信息、第二恒温定值电阻两端的电压值信息、第三恒温定值电阻两端的电压值信息、第四恒温定值电阻两端的电压值信息及第五恒温定值电阻两端的电压值信息，数据采集系统的输出端与数据处理系统相连接。2.根据权利要求1所述的颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置，其特征在于，数据采集系统包括滤波电路、放大电路、A/D模数转换器以及用于检测第一恒温定值电阻两端的电压信息、第二恒温定值电阻两端的电压值信息、第三恒温定值电阻两端的电压值信息、第四恒温定值电阻两端的电压值信息及第五恒温定值电阻两端的电压值信息的电压检测电路，其中，电压检测电路的输出端依次经滤波电路、放大电路及A/D模数转换器与数据处理系统相连接。3.根据权利要求1所述的颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置，其特征在于，第一探针(1)的测点、第二探针(2)的测点及第三探针(3)的测点距离测量段底面之间的距离分别为L/4、L/2、3L/4，其中，L为测量段的长度。4.根据权利要求1所述的颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置，其特征在于，测量段的长度小于等于1米。5.根据权利要求1所述的颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置，其特征在于，第一探针(1)、第二探针(2)、第三探针(3)、第四探针(4)及第五探针(5)均包括针芯(8)及套管(7)，其中，针芯(8)的针尖呈30°锥形结构，针芯(8)插入于套管(7)内，其中，针芯(8)的针尖位于套管(7)外，针芯(8)与套管(7)之间填充有绝缘填充材料(9)，针芯(8)及套管(7)分别作为正极及负极，导通距离为0.206mm。6.一种颗粒堆积床内气液两相流含气率测量方法，其特征在于，基于权利要求1所述的颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置，包括以下步骤：第一探针(1)、第二探针(2)、第三探针(3)、第四探针(4)及第五探针(5)分别对测量段中的测点1、测点2、测点3、测点...

【专利技术属性】
技术研发人员：李良星，谢伟，王文鹏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61