X射线和超声波联合测量多相流动参数的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种X射线和超声波联合测量多相流动参数的装置，包括正对布置在目标区域前后两平行壁面外侧的发射部分和接收部分，发射部分包括X光光源和布置在以X光光源为圆心的圆周上的多个超声波发生器，X光光源由可调制高压电源驱动，所述超声波发生器与高频驱动器连接，接收部分包括X光平板探测器和布置在以X光平板探测器的中心为圆心的圆周上的多个超声波传感器，X光平板探测器与图像信号采集器连接，超声波传感器与超声波信号采集器连接，可调制高压电源、高频驱动器、图像信号采集器以及超声波信号采集器均与处理计算机连接；同时也公开了所述装置的测量方法。本发明专利技术实现了对流场无干扰、三维和准确的测量装置与方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种X射线和超声波联合测量多相流动参数的装置，包括正对布置在目标区域前后两平行壁面外侧的发射部分和接收部分，发射部分包括X光光源和布置在以X光光源为圆心的圆周上的多个超声波发生器，X光光源由可调制高压电源驱动，所述超声波发生器与高频驱动器连接，接收部分包括X光平板探测器和布置在以X光平板探测器的中心为圆心的圆周上的多个超声波传感器，X光平板探测器与图像信号采集器连接，超声波传感器与超声波信号采集器连接，可调制高压电源、高频驱动器、图像信号采集器以及超声波信号采集器均与处理计算机连接；同时也公开了所述装置的测量方法。本专利技术实现了对流场无干扰、三维和准确的测量装置与方法。【专利说明】
本专利技术涉及一种，属于多相流测量
。
技术介绍
各种物质在自然界中的存在形式可以用三种相来描述，即气相，液相和固相。多相流动通常指两种或两种以上的物质的流动，这些物质可以以上述三相中任何一种形式存在。多相流动是自然界中最常见的现象之一，例如自然水体的带沙流动，泥石流灾害等。同时，多相流动现象也广泛地存在于众多工农业领域的生产和处理过程中，例如石油化工催化裂化生产过程，冶金矿物浮选过程，污水处理中曝气池净化过程以及农业生产中的种子包衣过程等，完成以上过程的装置都属于多相反应器。认识和掌握多相反应器(如催化裂化塔，矿石浮选机，污水曝气池等)内流动规律是其优化设计与高效运行的基础和关键所在。但是由于多相反应器内包含有气体和液体两种连续相和固体离散相，与单相流动或两相流动相比，其流动规律更加复杂，而其流动形态和流动参数(如各相的含量和分布，各相运动速度等)更加难以测量，针对多相反应器内气液固三相流动的研究常常难以开展，导致多种工业多相反应器的设计运行还多依赖于工程经验。因此开发针对多相反应器内气液固三相流动的非侵入式三维测量方法及测量装置，并在此基础之上对其内部气液固三相流动规律开展研究，认识相间传热传质的机理，最终掌握不同操作参数下多相反应器的运行规律，对科学研究、工程设计和工业应用都具有重要的意义。目前，针对多相反应器内流动参数的测量手段主要还是以借鉴单相流动或两相流动的测量方法为主。例如皮托管，PIV方法，放射性元素标记法，取样测量方法，基于X光或超声波的方法。皮托管属于侵入式测量手段，易对流动造成干扰，原本主要用于单一连续相的流速测量，在气液固三相流动可以用于近似测量连续相的速度，准确性较差，并且由于流动含有固相，容易造成皮托管小孔阻塞。PIV原本主要用于连续相湍流结构和气固两相流动固相运动的测量，可以运用在某些条件下气液固三相流动的流动形态和流动参数的测量，但是由于属于可见光测量，对于相间或者流动界面的遮挡往往无能为力。放射性元素标记法是一种非接触式测量方法，可以用于连续相或离散相的速度测量或相含量的测量，但是放射性元素的使用往往伴随着安全问题。取样测量方法主要是通过获取一部分气液固三相流动的样品来测量各相含量，但是取样测量方法是一种侵入式测量方法，会对三相流动产生干扰，因此准确性也有一定的问题。最有潜力和希望的测量技术是基于X光或超声波的方法。两者均属于非接触式的测量方法，但是，由于X光穿透能力较强，使得X光透射方法往往难以提供气相的测量数据，而且其不能提供三相分布的三维数据；x光断层扫描方法虽然能提供详细的三相分布的三维数据(如CN200510086250.2公开的方法)，但是由于其断层扫描过程持续时间长，导致其时间准确性差；超声波方法准确性和信息完整性较好，但是其遇到固相时容易造成剧烈衰减，导致误差，所以其常常用于气液两相流动的测量(如CN201210321362.1，CN200610015327.1 公开的方法)。多相反应器内流动参数的测量一直以来都是国际性难题，目前没有一种方法可以完全实现对流场无干扰、三维和准确。为了大力推动多相反应器的科学研究、工程设计和工业应用，国内外众多高校、科研机构和企业都投入大量人力物力，致力于开发新型的气液固三相流动参数测量装置与方法，以抢夺知识产权的高地。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供，实现了对流场无干扰、三维和准确的测量装置与方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是:X射线和超声波联合测量多相流动参数的装置，包括正对布置在目标区域前后两平行壁面外侧的发射部分和接收部分，所述发射部分包括X光光源和布置在以X光光源为圆心的圆周上的多个超声波发生器，所述X光光源由可调制高压电源驱动，所述超声波发生器与高频驱动器连接，所述接收部分包括X光平板探测器和布置在以X光平板探测器的中心为圆心的圆周上的多个超声波传感器，所述X光平板探测器与图像信号采集器连接，所述超声波传感器与超声波信号采集器连接，所述可调制高压电源、高频驱动器、图像信号采集器以及超声波信号采集器均与处理计算机连接。所述X光光源发出的X光射线穿过目标区域的中心与X光平板探测器的中心对准，所述超声波发生器和超声波传感器均通过角度调节器布置，所述超声波发生器与超声波传感器一一对应，所述超声波发生器发出的超声波信号穿过目标区域的中心被相应的超声波传感器接收。所述角度调节器包括用以固定超声波发生器或超声波传感器的移动板、通过连接轴承与移动板连接的固定板、导轨、丝杠轴承板、调节丝杠和承载轴承，所述导轨固定在固定板上，所述导轨与丝杠轴承板之间为滑轨结构，所述丝杠轴承板通过转动调节丝杠在导轨上水平移动，所述丝杠轴承板顶部固定有用以挤压移动板的承载轴承。X射线和超声波联合测量多相流动参数的装置的测量方法，包括以下步骤，步骤一，定义三维笛卡尔坐标，X轴的正轴方向与X光射线发射方向一致，YZ平面与目标区域前后的壁面平行；步骤二，运用X光射线测量获得气液固三相在目标区域YZ平面的含量和分布，同时运用超声波信号测量获得目标区域在多个超声波信号方向上的超声波透射数据；所述运用X光射线测量获得气液固三相在目标区域YZ平面的含量和分布的步骤为:A)运用大于60KeV的X光射线测量获得固相在目标区域YZ平面的含量和分布；B)运用小于30KeV的X光射线测量获得液固两相在目标区域YZ平面的含量和分布；C)将前两步中获得的结果相减，获得液相在目标区域YZ平面的含量和分布；D)然后通过总体积减去液固两相在目标区域YZ平面的含量和分布，获得气相在目标区域YZ平面的含量和分布；步骤三，根据获得的气液固三相在目标区域YZ平面的含量和分布，估计气液固三相在目标区域XY平面的含量和分布，然后在此基础上依照超声波衰减规律计算获得在多个超声波信号方向上的超声波透射数据；步骤四，将测量获得的超声波透射数据与计算获得的超声波透射数据进行比较，如果两者之间的偏差不小于10_4，则转至步骤五，如果两者之间的偏差小于10_4，转至步骤六；步骤五，利用偏差修正气液固三相在目标区域XY平面的含量和分布的估计值，然后在此基础上依照超声波衰减规律计算获得在多个超声波信号方向上的超声波透射数据，转至步骤四；步骤六，根据估计的气液固三相在目标区域XY平面的含量和分布以及步骤二中获得的气液固三相在目标区域YZ平面的含量和分布获得目标区域中气液固三相在XYZ三维空间内的含量和分布。本专利技术有益效果:1、本专利技术可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，钟文琪，邵应娟，金保昇，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：