[發(fā)明專利]一種氣固兩相流顆粒粒徑在線測量裝置與方法

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• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN107782645A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃敬強
• 申請（專利權(quán)）人: 海寧智測光電科技有限公司
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及兩相流測量技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種氣固兩相流顆粒粒徑在線測量裝置與方法。

背景技術(shù)

氣固兩相流廣泛存在于能源、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域，氣固兩相流顆粒粒徑在線測量對工業(yè)生產(chǎn)節(jié)能減排、優(yōu)化控制具有極為重要的意義。

目前工業(yè)粉體過程中，氣固兩相流顆粒粒徑測量主要采用取樣-篩分方法，利用等速取樣裝置在管路對氣固兩相流進(jìn)行等速取樣，之后利用篩分的方法獲得顆粒粒徑參數(shù)，以供工業(yè)過程優(yōu)化調(diào)整，但該方法存在工作量大、人為因素影響較大、測量結(jié)果時間滯后等問題，無法滿足氣固兩相流參數(shù)的動態(tài)優(yōu)化需求。近年來，為實現(xiàn)氣固兩相流顆粒粒徑在線測量，超聲法、電學(xué)法、圖像法、光學(xué)法等在線測量技術(shù)不斷發(fā)展。其中，超聲法穿透能力強，無需對兩相流管路進(jìn)行改造，但其測量結(jié)果受兩相流對象參數(shù)影響；電學(xué)法具有簡單可靠等優(yōu)勢，但通常要求與兩相流流場接觸，容易發(fā)生磨損；圖像法雖然具有測量結(jié)果直觀的優(yōu)點，但要求兩相流測量對象濃度較稀，顆粒的重疊也會影響測量結(jié)果；光學(xué)法利用光傳播與顆粒的相互作用反演得到粒徑參數(shù)，具有快速響應(yīng)等優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：通過空氣稀釋與顆粒聚焦部對管道內(nèi)氣固兩相流進(jìn)行取樣，并形成稀疏聚焦的顆粒流，使得通過測量區(qū)域的顆粒是逐一通過的，根據(jù)透射光強衰減程度與顆粒粒徑的關(guān)系，基于計數(shù)法原理對逐一通過的顆粒進(jìn)行計數(shù)、計算與統(tǒng)計，從而獲得氣固兩相流顆粒粒徑分布，以滿足工業(yè)過程對顆粒粒徑參數(shù)在線測量的需要。

針對上述目的，本發(fā)明提供了一種氣固兩相流顆粒粒徑在線測量裝置，該裝置包括空氣稀釋與顆粒聚焦部與光學(xué)計數(shù)測量部。其中空氣稀釋與顆粒聚焦部用來對管道內(nèi)氣固兩相流進(jìn)行取樣，并形成稀疏聚焦的顆粒流，使得通過測量區(qū)域的顆粒是逐一通過的；光學(xué)計數(shù)測量部根據(jù)透射光強衰減程度與顆粒粒徑的關(guān)系，基于計數(shù)法原理對逐一通過的顆粒進(jìn)行計數(shù)、計算與統(tǒng)計，從而獲得氣固兩相流顆粒粒徑分布。

上述空氣稀釋與顆粒聚焦部由取樣管、稀釋與聚焦管、返回管組成。取樣管用于連接氣固兩相流管路對其中氣固兩相流進(jìn)行取樣；稀釋與聚焦管通過通入壓縮空氣對氣固兩相流進(jìn)行稀釋，同時通過管口收縮實現(xiàn)顆粒聚焦；返回管用于收集氣固兩相流并將其送回管道。

上述空氣稀釋與顆粒聚焦部中，取樣氣固兩相流由抽吸進(jìn)入取樣管，壓縮空氣通入稀釋與聚焦管，返回管通過負(fù)壓抽取氣固兩相流，并將其返回管道中。

上述光學(xué)計數(shù)測量部由激光器、聚焦透鏡、光闌與探測器組成。激光器產(chǎn)生激光，經(jīng)聚焦透鏡聚焦后通過測量區(qū)，透射光經(jīng)光闌由探測器接收。本發(fā)明還提供一種氣固兩相流顆粒粒徑在線測量方法，通過空氣稀釋與聚焦，將取樣的氣固兩相流稀釋，并將顆粒聚焦通過測量區(qū)，由于此時顆粒濃度較稀，通過測量區(qū)域的顆粒是逐一通過的，根據(jù)透射光強衰減程度與顆粒粒徑的關(guān)系，基于計數(shù)法原理對逐一通過的顆粒進(jìn)行計數(shù)、計算與統(tǒng)計，從而獲得氣固兩相流顆粒粒徑分布，實現(xiàn)氣固兩相流顆粒粒徑在線測量，為氣固兩相流工業(yè)過程優(yōu)化控制提供參考。

在本發(fā)明的另一個方面中，提供了一種氣固兩相流顆粒粒徑在線測量方法，通過空氣稀釋與聚焦，將取樣的氣固兩相流稀釋，并將顆粒聚焦通過測量區(qū)，由于此時顆粒濃度較稀，通過測量區(qū)域的顆粒是逐一通過的，根據(jù)透射光強衰減程度與顆粒粒徑的關(guān)系，基于計數(shù)法原理對逐一通過的顆粒進(jìn)行計數(shù)、計算與統(tǒng)計，從而獲得氣固兩相流顆粒粒徑分布，實現(xiàn)氣固兩相流顆粒粒徑在線測量。

上述透射光強衰減程度與顆粒粒徑的關(guān)系如下：

其中，D_P、D_L分別為被測量顆粒的粒徑、光束的直徑，K_ext為消光系數(shù)，I₀為初始光強，其為沒有顆粒經(jīng)過測量區(qū)域時接收器所接收到的光強值，I_t為透射光強，其為顆粒經(jīng)過測量區(qū)域時接收器所接收到的光強值。

上述的計數(shù)法原理為：當(dāng)稀疏顆粒兩相經(jīng)過測量區(qū)時產(chǎn)生光衰減脈動信號，認(rèn)為極小值點為顆粒衰減透射光強，通過極小值點尋找及統(tǒng)計分析便可得到顆粒粒徑分布信息。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種氣固兩相流顆粒粒徑在線測量裝置與方法，可對管道內(nèi)氣固兩相流進(jìn)行取樣，并將顆粒聚焦通過測量區(qū)，基于計數(shù)法原理對逐一通過的顆粒進(jìn)行計數(shù)、計算與統(tǒng)計，從而獲得氣固兩相流顆粒粒徑分布，以滿足工業(yè)過程對顆粒粒徑參數(shù)在線測量的需要。

附圖說明