[发明专利]用于验证多相搅拌混合均匀状态及程度的方法

说明书

技术领域

本发明具体地说是涉及一种适应于化工领域所有流体的混合效果检测及混 合均匀状态及程度验证的方法。属于化学工程技术领域，

背景技术

混合是化学工程中最常见的关键单元操作之一。大约在60到80年代期间流体 混合技术得到了飞速的发展，其研究的重点主要是针对常规搅拌桨在低粘和高粘 非牛顿均相体系、固液悬浮和气液分散等非均相体系中的搅拌功耗、混合时间等 宏观量进行实验研究。虽然有大量的设计经验和关联式的可用于分析和预测混合 体系，但将搅拌反应器从实验室规模直接放大到大规模的工业生产中，仍是没有 把握的，至今仍需要通过逐级放大来达到搅拌设备所要求的传质、传热和混合。 这种方法不但耗费财力和大量的人力和物力，而且设计周期很长，据相关统计显 示美国的化学工业由于搅拌反应器设计不合理所造成的损失每年约为10-100亿 美元。因此采用先进的测试手段和建立合理的数学模型获取搅拌槽中的速度场、 温度场和浓度场，以及采取有效的衡量流体混合效果的方法，不仅对混合设备的 优化设计具有十分重要的经济意义，而且对放大和混合的基础研究具有现实的理 论意义。近年来，随着科技的发展，出现了激光多普勒测速仪LDV和计算流体力学 CFD模拟技术以及电子断层成像技术等的广泛应用，促进了流体混合技术飞快的发 展，就目前看，衡量流体混合效果的方法众多，主要有电导率法、热电偶法、光 学法、脱色法等，其中电导率法在低粘性流体的搅拌混合中应用很广，但对搅拌 介质的要求高，如要求搅拌介质为去离子水；热电偶法则对流场会产生破坏；一 般的光学法由于装置复杂，应用也较少；脱色法用来测高粘流体和粘弹性流体非 常有效，但由于采用肉眼判断，因而带有较强的主观性。如果采用经典的最大李 雅普诺夫指数法判断混沌，其检验指数小于等于0不能判断是否混沌但有可能是混 沌的，造成判断上的盲区。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有方法的不足，发明一种具有较高的应用价值 的、简便可行的，速度快，实时性好，适应性强的用于验证化学工业中流体混合 均匀性的用于验证多相搅拌混合均匀状态及程度的方法。

本发明用于验证多相搅拌混合均匀状态及程度的方法的技术方案是：该方法 采用混沌理论以及非线性时间序列分析方法来判断流体的多相搅拌混合均匀程 度，具体步骤如下：

(1)利用电子断层成像技术或高速摄像机来获得多相搅拌混合实时图样；

(2)用编写好的程序计算所获得的实时图样的贝蒂数或分形维数；

(3)用(2)的方法每隔一定时间获得相关数据，从而得到相应时间序列；

(4)利用0-1test方法判断(3)得到的时间序列是否混沌从而判断是否混 合均匀；

(5)然后用(4)所得数据和1的接近程度来判断混合均匀的程度：贝蒂数或 分形维数的时间序列的0-1test计算值接近于0则非混沌，从而说明其还没混合均 匀；若接近于1则为混沌从而说明混合均匀，其中位于[0.5，0.8)区间内为一般均 匀，位于[0.8，0.95)区间内为中等均匀，位于[0.95，1]区间内为非常均匀。

所述的流体为透明或半透明流体时，采用高速摄像机来获得多相搅拌混合的 实时图样。

所述的流体为不透明流体时，采用电子断层成像技术EPT来获得多相搅拌混合 的的实时图样。

所述的流体是均相流体时，在实验中加入示踪粒子。

混合实时图样获取是：每隔一定时间截取搅拌反应器横截面或者纵截面来获 得，贝蒂数的计算可以用Chomp免费软件获得，如果用分形维数可以使用计算盒 子维数的方法即用Matlab程序来得出，从而获得相应时间序列。