[发明专利]气液固多相流动模拟方法与装置

说明书

一、技术领域

本发明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。

三、发明内容

本发明的目的在于克服以上现有技术的缺点，以廉价易得、可靠性好的常规动力设备(单相泵和压缩机)、单相流动仪表以及固体颗粒物料输送和计量设备为基础，建立并提供一种能够实现各种气、液、固三相浓度和流量工况的气液固多相流动模拟方法与实验装置。

为达到上述目的，本发明采用的方法为：(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发明装置作为实验系统的有关实验装置12中；

本发明的另一特点是：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发明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。