[發明專利]氣液固多相流動模擬方法與裝置

無效

• 申請號: 02114535.0
• 申請日: 2002-04-23
• 公開（公告）號: CN1384477A
• 公開（公告）日: 2002-12-11
• 發明（設計）人: 郭烈錦;高暉;張西民
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 徐文權

一、技術領域

本發明涉及一種用于氣液固多相流動模擬的方法和實驗裝置。

二、現有技術

在能源、動力、化工、石油、礦產、冶金、建筑、食品、制藥等工農業領域普遍存在著液固/氣液固多相流動過程，這種多相流動的實驗模擬對于有關流動、傳熱和化學反應機理的基礎性研究以及工業設備的選型和中試等都具有重要意義。液固/氣液固多相流動模擬系統綜合了多種相態的物質的輸送、混合、計量以及流動過程的監測和控制技術。已公開文獻中的實驗方法一般是在混合容器中將液固兩相混合，然后采用一定方法驅動和計量多相混合物。如《國際多相流雜志》(Int?J?Multiphase?Flow)2000，Vol.26，p1235-1246報導的《水平管液固兩相流傳熱》(Heat?transfer?in?horizontalsolid-liquid?pipe?flow)采用砂漿泵將混合罐中的液固混合物輸送到管路系統中，采用一種流量計同時計量混合物的流量和密度。又如《力學學報》1996，Vol.28，No.3，p291-297報導的《水平液-固流中顆粒抑制湍流的行為和條件》是將液固混合罐架高，利用重力輸送液固兩相混合物。

現有實驗裝置在模擬液固/氣液固兩相流動方面存在以下不足：

(1)混合罐中液固兩相的混合難以保證均勻，泵送到管路系統中的混合物濃度的準確性和穩定性較差；

(2)同單相流動和固體物料流量計量技術相比，兩相流計量技術還不成熟，計量精度較低，儀表復雜，造價昂貴；

(3)同單相流動相比，兩相流的驅動更為困難，兩相流泵造價昂貴，而且容易損壞，實驗費用較高；

(4)重力驅動方法壓頭有限，不能克服較大流量或者是氣液固三相流動條件下系統的較高阻力；

(5)混合罐一般只能實現確定濃度漿液的混合，不能模擬固相濃度隨時間變化的動態液固兩相流動過程。

三、發明內容

本發明的目的在于克服以上現有技術的缺點，以廉價易得、可靠性好的常規動力設備(單相泵和壓縮機)、單相流動儀表以及固體顆粒物料輸送和計量設備為基礎，建立并提供一種能夠實現各種氣、液、固三相濃度和流量工況的氣液固多相流動模擬方法與實驗裝置。

為達到上述目的，本發明采用的方法為：(1)首先采用單相泵1將液體送到通過管道和電磁閥與單向泵1相聯通的包含單相流量測量儀表3、4和液固混合器6的液相主回路內，在液固混合器6之前采用單相流量測量儀表3和4計量液相流量，采用氣體壓縮機8將氣體輸送到通過管道和電磁閥與單相流量測量儀表9、10相聯通的氣相主回路中，在氣液混合器11之前采用單相流量測量儀表9和10計量氣相流量；

(2)然后利用顆粒物料輸送和計量裝置5定量輸送顆粒物料并在液固混合器6中完成液固混合，空氣壓縮機7將壓縮空氣引入液固混合器6內，在液固混合器6內形成穩定的氣液相界面，固體顆粒物料經由相界面上方的氣體空間加入到相界面，在相界面下方完成液固混合；

(3)然后在氣液混合器11中完成液固混合物與氣體混合，形成氣液固三相混合物進入應用本發明裝置作為實驗系統的有關實驗裝置12中；

本發明的另一特點是：當氣液固三相混合物流出有關的實驗裝置12之后，最后需要依次經過過濾式液固分離器13和旋風氣液分離器14完成液固分離和氣液分離，固體顆粒進入液固分離器13的沉積室以待循環利用，氣體排空，液體流回儲液罐2中連續循環使用。

根據上述模擬方法本發明設計了氣液固多相流動裝置，包括單相泵，單相泵的入口通過管路與儲液罐相連接，其特點是，單相泵的出口分別通過電磁閥與液相旁路、液相主回路連接，液相旁路與儲液罐連接；電磁閥與并聯的流量計相連接，并聯的流量計通過管路與液固混合器相連接，液固混合器通過管路與氣液混合器、有關實驗裝置、過濾式液固分離器和旋風氣液分離器相連接，旋風氣液分離器通過管路與儲液罐相連接；氣體壓縮機的出口通過電磁閥與氣相旁路和氣相主回路相連接；電磁閥與另一對并聯的流量計相連接，并聯的流量計通過管路與氣液混合器相連接；空氣壓縮機的出口通過電磁閥與旁路、混合器6相連接，混合器排空管路上設置電磁閥，固體顆粒物料輸送和計量裝置通過電磁閥與混合器相連接，電磁閥與混合器的空氣入口之間引出管路通過電磁閥與固體顆粒物料輸送和計量裝置相連接。