[发明专利]一种测量两相流颗粒团聚物速度及加速度的方法

说明书

技术领域

本发明属于多相流测量技术领域，具体地说，本发明涉及一种测量两相流反应器内的颗粒团聚物速度及加速度的方法。

背景技术

流固两相流广泛存在于石油、化工、冶金等过程工业设备中。它具有非线性非平衡的典型特征：在远离平衡条件下，操作参数的微调可以导致两相流动结构的巨变，进而影响设备的性能。因此，深入理解流固两相流动及其结构的机理对提高生产效率、降低能耗意义重大。而颗粒团聚是流固两相流系统中的一个重要现象，它直接关系到流固两相间的滑移速度和接触效率，对系统的传热、传质和反应影响很大。颗粒团聚物的判定与表征一直是流固两相流研究领域的一个热点，其中颗粒团聚物的速度与加速度是团聚物表征涉及的两项重要测量参数。

关于颗粒团聚物的判定，目前较为广泛接受的是Soong等提出的三条原则：(1)团聚物内的颗粒体积分率应显著高于同一位置处的时均颗粒体积分率；(2)团聚物引起的颗粒体积分率的涨落应显著大于背景颗粒的随机涨落；(3)该涨落能够在比颗粒直径大一到两个数量级的采样空间内探测到(参见参考文献1：C.H.Soong，K.Tuzla，J.C.Chen，Proceeding of the Fourth International Conference on Circulating fluidized beds，Pergamon Press，New York(1994))。

目前，测量两相流中颗粒团聚物速度的方法主要有光纤探针法、电容探头法、激光多普勒法等。光纤探针与电容探头属于介入式测量，测量过程中需将探头插入反应器内，与流动物料直接接触，因此易干扰颗粒流动，测量结果无法反映颗粒运动的真实情况。另外，由于颗粒与插入的探针或探头之间的摩擦会产生静电，静电沿探针或探头传至测量系统的电路部分，影响测量仪器的正常工作。而激光多普勒法只对颗粒浓度极低的两相流系统有效，且要求被测反应器的器壁透明，这极大限制了该仪器的使用范围(参见参考文献2：J.Werther，Powder Technology，Vol.102，P.15(1999))。

流固两相流设备中颗粒团聚物加速度的测量，需要在团聚物速度准确测量的基础上，跟踪观测其在一段时间内的连续速度变化序列，通过差分法计算得到加速度。现有技术的测量手段，尚无法达到这一要求。

工业生产中的两相流反应器通常操作于高温、高压状态，这决定了探针探头等介入测量手段不适合工业应用。另外，工业反应器多采用金属材质，不透明的器壁使激光多普勒测速仪等基于光的测量手段无法使用。

发明内容

本发明的目的是提出一种能够非介入式、无干扰的测量两相流反应器内颗粒团聚物的速度及加速度的方法。

为实现上述发明目的，本发明提供的测量两相流颗粒团聚物速度的方法包括如下步骤：

测量两相流颗粒团聚物速度的方法，其特征在于，该方法基于x射线探测装置实现，所述x射线探测装置包括射线源和线状的探测器阵列，反应器位于射线源和探测器阵列之间，所述测量两相流颗粒团聚物速度的方法包括如下步骤：

1)获取探测器阵列的各探测器单元处的不含流动信息的反应器本底投影信号I_r；

2)使反应器工作，在一段时间内，获取一系列测量时刻下，各探测器单元处的包含流动信息的投影信号I，得到投影序列I{n，i}，所述n代表探测器单元序号，i代表测量时间点序号；

3)根据步骤1)得到的反应器本底投影信号I_r和步骤2)得到的投影序列I{n，i}计算出各测量时刻下各探测器单元所对应的颗粒体积分率ε_P，得到颗粒体积分率序列ε_p{n，i}；

4)根据颗粒体积分率的涨落判断团聚物出现的位置及时刻，根据所判断出的团聚物出现的位置及时刻计算出所述两相流颗粒团聚物速度。

其中，所述探测器阵列的端点对应的射线与探测器阵列中心射线形成的张角不超过30度。

其中，所述x射线探测装置的采样频率为大于等于30Hz。

其中，所述步骤3)中，所述颗粒体积分率按公式计算，其中μ_p为颗粒的线性衰减系数，μ_f为流体的线性衰减系数，l_i为射线在反应器内穿过的距离。