一种液固两相流速度分布的计量装置及计量方法制造方法及图纸

发明专利技术涉及一种液固两相流速度分布的计量装置及计量方法

【技术实现步骤摘要】
一种液固两相流速度分布的计量装置及计量方法


[0001]本专利技术涉及一种流体计量方法，具体地说是一种液固两相流速度分布的计量装置及计量方法
。

技术介绍

[0002]水作为载流相进行砂石
、
粉煤灰
、
金属矿物
、
煤炭等固体粒状物料的水力输送，是一种典型的圆管液固两相流
。
固相的物料与液相的载流体之间存在复杂的相间作用与动量能量交换，在运输过程中呈现出多样的流动形式，常发生固相颗粒沉积导致管道堵塞
、
设备故障，给管道水力运输系统的设计和流动安全带来了极大的挑战
。
解决这一问题的关键是对圆管中液
、
固两相的速度分布进行准确计量，对管内液固两相运动状态进行同步观测，预测管道内流动状态的变化
。
[0003]目前，在圆管液固两相流的测试计量过程中，对液固两相的速度参数的测量，是以局部混相测量技术为主，即把液固两相流视为混合相处理，不区分液相
、
固相各自的速度分布
。
这种测量方式不能同时获取管内液固两相速度场的全局信息，存在有一定的局限性
。
而现有的局部混相测量技术都是将固相颗粒速度参数视为液固混合相的流速信息，不能同时获取液固两相的全局速度场
。
[0004]CN114777864A
公开了一种用于测量管道内液固两相流量的测量方法，该方法采用双截面电阻层析成像传感器和脉冲波超声多普勒传感器分别用于获取管道内液
、
固两相的介质分布
、
底部颗粒层流速以及离散固相的流速剖面信息
。
该专利技术为管道液固两相流流量测量提供了局部剖面固相的速度信息，但是仍然存在有不能同步计量圆管内液相和固相流速分布的问题
。
[0005]液固两相流分相速度参数的测量技术是一种图像可视化技术，也是获取管道内液固两相流速度场信息最直接的一种测试技术
。
其中，粒子图像测速是一种典型的图像可视化技术，得益于高功率激光源与快速数字处理器的出现，其在八十年代取得突破性进展，成为一种广泛应用的流场测速技术
。
该技术属于非接触式测量，对流场不产生干扰，可测量切面内的瞬间液相流动的速度场参数
。
粒子追踪测速技术通过拍摄和获取固体颗粒图像，对每个粒子进行识别定位，从而确定其轨迹，计算固体颗粒速度
。
[0006]现有的测量技术和实验方案，尚未实现圆管液固两相流实时相分离与速度分布同步计量，以图像处理技术识别液相示踪粒子与固相颗粒的技术方案存在测量失真
、
预测偏差的局限
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是提供一种液固两相流速度分布的计量装置及计量方法，以解决液固两相流体的流动参数不能同步测量的问题
。
[0008]本专利技术的目的是这样实现的：
[0009]一种液固两相流速度分布的计量装置，包括：
[0010]观测圆管，用透明亚克力材料制成，其两端通过法兰串联连接在测试流场的流体循环管路上，在流体循环管路上连接有水泵；
[0011]罗丹明
B
荧光颗粒，作为液相示踪粒子分布在流体循环管路中的被测液体中；
[0012]聚苯乙烯颗粒，为无色透明颗粒，作为固相示踪粒子分布在流体循环管路中的被测液体中；
[0013]第一
CCD
相机，位于观测圆管的一侧，在其镜头前设置有高通滤光片；所述第一
CCD
相机用于拍摄观测圆管中罗丹明
B
荧光颗粒在激光诱导下发出的荧光，以显示被测液体中液相示踪粒子的图像；
[0014]第二
CCD
相机，位于观测圆管的另一侧，在其镜头前设置有窄带滤光片；所述第二
CCD
相机用于拍摄观测圆管中由聚苯乙烯颗粒反射的激光，以显示被测液体中固相示踪粒子的图像；
[0015]双脉冲式激光器，所发射的脉冲式激光束通过导光臂在观测圆管中产生过管体轴心线并用于照明流场的激光片光源；
[0016]同步控制器，分别与双脉冲式激光器的控制端
、
第一
CCD
相机的控制端和第二
CCD
相机的控制端相接，用于发出同步信号，控制双脉冲式激光器
、
第一
CCD
相机和第二
CCD
相机协调工作；以及
[0017]计算机，通过数据线分别与第一
CCD
相机和第二
CCD
相机相接，用于接收第一
CCD
相机和第二
CCD
相机拍摄的示踪粒子的图像数据，实时计算通过观测圆管的被测液体的液相速度场和固相速度场，得到被测液体的液固两相流的速度分布
。
[0018]进一步地，所述罗丹明
B
荧光颗粒的粒径为
7um
～
10um
，密度为
1.05g/cm3；所述聚苯乙烯颗粒的粒径为
200um
，密度为
1.5g/cm3。
[0019]进一步地，在测试区域的观测圆管的中部外包有方形的校正水箱，用以校正圆管曲率带来的图像拉伸的变形
。
[0020]本专利技术液固两相流速度分布的计量装置的工作方式是：将观测圆管串联连接在流体循环管路上，并在流体循环管路上连接水泵；在第一
CCD
相机的镜头前设置高通滤光片，从观测圆管的一侧对准管道内的液固流场区域，在第二
CCD
相机的镜头前设置窄带滤光片，从观测圆管的另一侧对准管道内的液固流场区域；在流经流体管道的被测液体中添加罗丹明
B
荧光粒子和聚苯乙烯颗粒，罗丹明
B
荧光粒子作为液相示踪粒子，聚苯乙烯颗粒作为固相示踪粒子；同步控制器同步控制双脉冲式激光器
、
第一
CCD
相机和第二
CCD
相机协调动作，双脉冲式激光器发射脉冲式激光束，通过导光臂在观测圆管中产生用于照明流场的激光片光源，该片光源诱导罗丹明
B
荧光粒子发出荧光，并使聚苯乙烯颗粒产生反射光，第一
CCD
相机和第二
CCD
相机同步拍摄两组示踪粒子的图像数据并输入计算机，由计算机对输入的两组示踪粒子的图像数据进行互相关计算和粒子追踪计算，从而得到观测圆管内被测液体的液固两相流的速度分布
。
[0021]本专利技术在示踪粒子的图像采集阶段可实现液固混合流场的两相分离，从而使得本专利技术计量装置能够同时测量到观测圆管中液相流场的速度信息和固相颗粒的速度参数，获得了全局分相粒子图像，保证了测量参数的同步性和实时性，降低了系统误差和计量工作量，提高了计量的准确性
。
[0022]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种液固两相流速度分布的计量装置，其特征是，包括：观测圆管，用透明亚克力材料制成，其两端通过法兰串联连接在测试流场的流体循环管路上，在流体循环管路上连接有水泵；罗丹明
B
荧光颗粒，作为液相示踪粒子分布在流体循环管路中的被测液体中；聚苯乙烯颗粒，为无色透明颗粒，作为固相示踪粒子分布在流体循环管路中的被测液体中；第一
CCD
相机，位于观测圆管的一侧，在其镜头前设置有高通滤光片；所述第一
CCD
相机用于拍摄观测圆管中罗丹明
B
荧光颗粒在激光诱导下发出的荧光，以显示被测液体中液相示踪粒子的图像；第二
CCD
相机，位于观测圆管的另一侧，在其镜头前设置有窄带滤光片；所述第二
CCD
相机用于拍摄观测圆管中由聚苯乙烯颗粒反射的激光，以显示被测液体中固相示踪粒子的图像；双脉冲式激光器，所发射的脉冲式激光束通过导光臂在观测圆管中产生过管体轴心线并用于照明流场的激光片光源；同步控制器，分别与双脉冲式激光器的控制端
、
第一
CCD
相机的控制端和第二
CCD
相机的控制端相接，用于发出同步信号，控制双脉冲式激光器
、
第一
CCD
相机和第二
CCD
相机协调工作；以及计算机，通过数据线分别与第一
CCD
相机和第二
CCD
相机相接，用于接收第一
CCD
相机和第二
CCD
相机拍摄的示踪粒子的图像数据，并对两组示踪粒子的图像数据进行互相关计算和粒子追踪计算，从而得到观测圆管内被测液体的液固两相流的速度分布
。2.
根据权利要求1所述的液固两相流速度分布的计量装置，其特征是，所述罗丹明
B
荧光颗粒的粒径为
7um~10um
，密度为
1.05g/cm3；所述聚苯乙烯颗粒的粒径为
200um
，密度为
1.5 g/cm3。3.
根据权利要求1所述的液固两相流速度分布的计量装置，其特征是，在测试区域的观测圆管的中部外包有长方体形状的校正水箱，用以校正圆管曲率带来的图像拉伸的变形
。4.
一种权利要求1或3任一权利要求所述的液固两相流速度分布的计量装置的工作方法，其特征是，将观测圆管串联连接在流体循环管路上，并在流体循环管路上连接水泵；在第一
CCD
相机的镜头前设置高通滤光片，从观测圆管的一侧对准管道内的液固流场区域，在第二
CCD
相机的镜头前设置窄带滤光片，从观测圆管的另一侧对准管道内的液固流场区域；在流经流体管道的被测液体中添加罗丹明
B
荧光粒子和聚苯乙烯颗粒，罗丹明
B
荧光粒子作为液相示踪粒子，聚苯乙烯颗粒作为固相示踪粒子；同步控制器同步控制双脉冲式激光器
、
第一
CCD
相机和第二
CCD
相机协调动作，...

【专利技术属性】
技术研发人员：方立德，冯越，郑盟，李志轩，雷一鸣，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：