气液固多相流动模拟方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气液固多相流动模拟方法与装置，它采用分相计量方法，可以准确模拟气液固多相流的各种混合流动现象；采用在线混合方法，可以动态调节各相流量，实现气液固多相流动瞬态变化过程的模拟；使用常规动力设备和单相流计量仪表，代替了现有技术所采用的带有搅拌器的混合罐、多相流混输泵、多相混合物流量和相含率计量仪表，大大降低了实验装置的造价和系统的占地面积。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于气液固多相流动模拟的方法和实验装置。二、现有技术在能源、动力、化工、石油、矿产、冶金、建筑、食品、制药等工农业领域普遍存在着液固/气液固多相流动过程，这种多相流动的实验模拟对于有关流动、传热和化学反应机理的基础性研究以及工业设备的选型和中试等都具有重要意义。液固/气液固多相流动模拟系统综合了多种相态的物质的输送、混合、计量以及流动过程的监测和控制技术。已公开文献中的实验方法一般是在混合容器中将液固两相混合，然后采用一定方法驱动和计量多相混合物。如《国际多相流杂志》(Int J Multiphase Flow)2000，Vol.26，p1235-1246报导的《水平管液固两相流传热》(Heat transfer in horizontalsolid-liquid pipe flow)采用砂浆泵将混合罐中的液固混合物输送到管路系统中，采用一种流量计同时计量混合物的流量和密度。又如《力学学报》1996，Vol.28，No.3，p291-297报导的《水平液-固流中颗粒抑制湍流的行为和条件》是将液固混合罐架高，利用重力输送液固两相混合物。现有实验装置在模拟液固/气液固两相流动方面存在以下不足(1)混合罐中液固两相的混合难以保证均匀，泵送到管路系统中的混合物浓度的准确性和稳定性较差；(2)同单相流动和固体物料流量计量技术相比，两相流计量技术还不成熟，计量精度较低，仪表复杂，造价昂贵；(3)同单相流动相比，两相流的驱动更为困难，两相流泵造价昂贵，而且容易损坏，实验费用较高；(4)重力驱动方法压头有限，不能克服较大流量或者是气液固三相流动条件下系统的较高阻力；(5)混合罐一般只能实现确定浓度浆液的混合，不能模拟固相浓度随时间变化的动态液固两相流动过程。为达到上述目的，本专利技术采用的方法为(1)首先采用单相泵1将液体送到通过管道和电磁阀与单向泵1相联通的包含单相流量测量仪表3、4和液固混合器6的液相主回路内，在液固混合器6之前采用单相流量测量仪表3和4计量液相流量，采用气体压缩机8将气体输送到通过管道和电磁阀与单相流量测量仪表9、10相联通的气相主回路中，在气液混合器11之前采用单相流量测量仪表9和10计量气相流量；(2)然后利用颗粒物料输送和计量装置5定量输送颗粒物料并在液固混合器6中完成液固混合，空气压缩机7将压缩空气引入液固混合器6内，在液固混合器6内形成稳定的气液相界面，固体颗粒物料经由相界面上方的气体空间加入到相界面，在相界面下方完成液固混合；(3)然后在气液混合器11中完成液固混合物与气体混合，形成气液固三相混合物进入应用本专利技术装置作为实验系统的有关实验装置12中；本专利技术的另一特点是当气液固三相混合物流出有关的实验装置12之后，最后需要依次经过过滤式液固分离器13和旋风气液分离器14完成液固分离和气液分离，固体颗粒进入液固分离器13的沉积室以待循环利用，气体排空，液体流回储液罐2中连续循环使用。根据上述模拟方法本专利技术设计了气液固多相流动装置，包括单相泵，单相泵的入口通过管路与储液罐相连接，其特点是，单相泵的出口分别通过电磁阀与液相旁路、液相主回路连接，液相旁路与储液罐连接；电磁阀与并联的流量计相连接，并联的流量计通过管路与液固混合器相连接，液固混合器通过管路与气液混合器、有关实验装置、过滤式液固分离器和旋风气液分离器相连接，旋风气液分离器通过管路与储液罐相连接；气体压缩机的出口通过电磁阀与气相旁路和气相主回路相连接；电磁阀与另一对并联的流量计相连接，并联的流量计通过管路与气液混合器相连接；空气压缩机的出口通过电磁阀与旁路、混合器6相连接，混合器排空管路上设置电磁阀，固体颗粒物料输送和计量装置通过电磁阀与混合器相连接，电磁阀与混合器的空气入口之间引出管路通过电磁阀与固体颗粒物料输送和计量装置相连接。本专利技术装置的另一特点是固体颗粒物料输送和计量装置由转轮式颗粒流量计、减速机、颗粒储仓、电机和调压器组成，颗粒储仓通过管路与转轮式颗粒流量计相连接，电机通过连轴器与减速机相连接，减速机通过传动轴与转轮式颗粒流量计相连接，电机的线圈与调压器相连接；转轮式颗粒流量计通过电磁阀与混合器相连接，电磁阀与混合器的空气入口之间引出管路通过电磁阀与转轮式颗粒流量计相连接；混合器上分别设置有与流量计相连接的液体入口，与混合器相连接的液固混合物出口，混合器上还设置有与数据采集与控制系统相连接的液位探头；转轮式颗粒流量计包括设置在转轮式颗粒流量计内的开有出料口的下档板，在下档板上设置有转轮，转轮上开有贮料孔，传动轴通过定位螺栓与转轮相连接，在转轮上方设置具有进料口的上档板，上档板上方是颗粒室。本专利技术采用分相计量方法，可以准确模拟气液固多相流的各种混合流动现象；采用在线混合方法，可以动态调节各相流量，实现气液固多相流动瞬态变化过程的模拟；使用常规动力设备和单相流计量仪表，代替了现有技术所采用的带有搅拌器的混合罐、多相流混输泵、多相混合物流量和相含率计量仪表，大大降低了实验装置的造价和系统的占地面积。参见附图说明图1，本专利技术包括单相泵1，单相泵1的入口通过管路与储液罐2相连接，单相泵1的出口分别通过电磁阀15连接液相旁路和通过电磁阀16连接液相主回路，液相旁路与储液罐2连接；电磁阀16与并联的流量计3、4相连接，在流量计3的两端分别设置有电磁阀17和电磁阀18，流量计4的两端分别设置有电磁阀19和电磁阀20；流量计3和流量计4通过管路与混合器6相连接，混合器6通过管路与混合器11、有关实验装置12、分离器13和分离器14相连接，分离器14通过管路与储液罐2相连接；气体压缩机8出口通过电磁阀21与气相旁路相连接、通过电磁阀22与气相主回路相连接；电磁阀22与并联的流量计9、10相连接，在流量计9的两端分别设置有电磁阀23和电磁阀24，流量计10的两端分别设置有电磁阀25和电磁阀26；流量计9和流量计10通过管路与混合器11相连接；空气压缩机7的出口通过电磁阀27与旁路相连接、通过电磁阀28与混合器6相连接，混合器6排空管路上设置电磁阀29，固体颗粒物料输送和计量装置5通过电磁阀31与混合器6相连接，电磁阀28与混合器6的空气入口之间引出管路通过电磁阀30与固体颗粒物料输送和计量装置5相连接。参见图2，固体颗粒物料输送和计量装置5包括转轮式颗粒流量计37、减速机35、颗粒储仓36、电机32和调压器33，颗粒储仓36通过管路与转轮式颗粒流量计37相连接，电机32通过连轴器与减速机35相连接，减速机35通过传动轴与转轮式颗粒流量计37相连接，电机32的线圈与调压器33相连接；空气压缩机7的出口通过电磁阀27与旁路相连接、通过电磁阀28与混合器6相连接，混合器出口38与排空管路相连接，排空管路上设置电磁阀29，固体颗粒物料输送和计量装置5通过电磁阀31与混合器6相连接，电磁阀28与混合器6的空气入口39之间引出管路通过电磁阀30与转轮式颗粒流量计37相连接；混合器6上分别设置有与流量计3和流量计4相连接的液体入口41，与混合器11相连接的液固混合物出口42，混合器6上还设置有与控制系统相连接的液位探头34。参见图3，转轮式颗粒流量计37包括设置在转轮式颗粒流量计内的开有出料口45的下档板44，在下档板44上设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气液固多相流动模拟方法，其特征在于： （１）首先采用单相泵１将液体送到通过管道和电磁阀与单向泵１相联通的包含单相流量测量仪表［３］、［４］和液固混合器［６］的液相主回路内，在液固混合器［６］之前采用单相流量测量仪表［３］和［４］计量液相流量，采用气体压缩机［８］将气体输送到通过管道和电磁阀与单相流量测量仪表［９］、［１０］相联通的气相主回路中，在气液混合器［１１］之前采用单相流量测量仪表［９］和［１０］计量气相流量； （２）然后利用颗粒物料输送和计量装置［５］定量输送颗粒物料并在液固混合器［６］中完成液固混合，用空气压缩机［７］将压缩空气引入液固混合器［６］内，在液固混合器［６］内形成稳定的气液相界面，固体颗粒物料经由相界面上方的气体空间加入到相界面，在相界面下方完成液固混合； （３）然后在气液混合器［１１］中完成液固混合物与气体混合，形成气液固三相混合物进入应用本专利技术装置作为实验系统的有关实验装置［１２］中；

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭烈锦，高晖，张西民，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]