[發明專利]不規則外形顆粒曳力系數的測量裝置和測量方法

有效

• 申請號: 201210133573.2
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102661912A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 陳曦;鐘文琪;任冰;邵應娟;金保昇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明涉及一種氣固兩相流中，用于測量不規則外形顆粒曳力系數的裝置及方法，屬于流化床和多相流測量技術領域。

背景技術

可燃固體廢棄物資源化利用是緩解傳統化石能源供給壓力，促進多元化能源結構形成，以及減少固體廢棄物污染的有效途徑。可燃固體廢棄物主要包括可燃工業固體廢棄物，可燃生活垃圾和可燃農林廢棄物三類，對以上三類可燃固體廢棄物的處理以熱化學方法為主，即將這些固體廢棄物顆粒在流化狀況下，通過燃燒，氣化和熱解等方式轉化為燃料或化工原料。

與常規的燃煤流化床相比，固體廢棄物流化床在氣固流動與傳遞方面具有自身的特點和難度，顆粒形狀、大小和尺寸奇異，如柱狀、條狀、錐狀、環狀、片狀、塊狀等。顆粒的形狀改變了顆粒與湍流的相互作用，特別是顆粒在流場中的受力、運動和傳遞機制變得異常復雜。曳力是顆粒受到流場的攜帶力，是氣固相互作用關鍵特征參數之一，是描述氣固間動量和能量傳遞的核心參數，對氣固流態化反應系統的設計、計算和優化具有重要的意義。

然而，由于缺乏科學的測量裝置與測量方法，不規則外形顆粒的曳力機制至今未被完全掌握，固體廢棄物熱處理反應器的設計計算缺乏可靠的異型顆粒曳力系數模型，如在固體廢棄物流化床的設計計算或數值模擬優化時，通常的做法是采用“球形系數”來修正經典的球形顆粒曳力模型。這種近似處理，在設計計算和科學研究上常常會帶來的很大的誤差甚至是錯誤。亟需發明不規則外形顆粒曳力系數的測量裝置和測量方法。

一直以來，流化床和多相流測量技術領域的測量裝置和測量方法大多被國外科研機構和企業的專利所壟斷。針對國家重大需求，發展具有自主知識產權的不規則外形顆粒曳力系數的測量裝置和測量方法具有重要的現實意義。

發明內容

技術問題：本發明旨在提出一種不規則外形顆粒曳力系數的測量裝置和測量方法。采用兩個CCD高速相機聯用成像，同時捕捉顆粒的運動狀態和投影面積變化，

實現對各種不規則外形顆粒曳力測量的普遍適應性。

技術方案：本發明的不規則外形顆粒曳力系數的測量裝置，使用透明材質制作一方形管道，方形管道外水平布置一臺橫向CCD高速攝相機，拍攝方向與方形管道壁面垂直；在方形管道正上方同時布置一臺豎向CCD高速攝相機，拍攝方向豎直向下；在豎向CCD高速攝相機的一側布置有一個顆粒電磁夾持裝置，橫向CCD高速攝相機依次與控制器、XOY方向視頻采集裝置、計算機相串聯，豎向CCD高速攝相機依次與控制器、XOZ方向視頻采集裝置、計算機相串聯；顆粒電磁夾持裝置依次與一臺控制器、計算機相串聯；橫向CCD高速攝相機和豎向CCD高速攝相機分別配備有廣角鏡頭與遠攝鏡頭。

所述的顆粒電磁夾持裝置由鋁材制成，總長度在0.3-1米之間，夾持爪張角在100-120度之間，夾持爪間夾持力在1-10公斤之間且可調節，固定于可升降裝置上，由控制器控制；通過控制電磁鐵吸合銜鐵的動作，使夾持爪發生聯動，進而實現對顆粒的加持和釋放。

方形管道外水平布置且拍攝方向與方形管道壁面垂直的橫向CCD高速攝相機，透過方形管道透明壁面，高速記錄下顆粒的下降過程，幀速率大于500幀每秒，以便獲得顆粒下降過程中的實時速度與加速度；在方形管道正上方布置且拍攝方向豎直向下的豎向CCD高速攝相機，也同時高速記錄下顆粒的下降過程，幀速率大于500幀每秒，以便獲得顆粒下降過程中的實時投影面積；通過曳力系數的數學模型最終求得實時的顆粒曳力系數。