[發(fā)明專利]流體力學(xué)可視化測量的多孔材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811458890.5
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN111256944B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉茂;馬麗坤;丁亞;徐庶亮;劉中民
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京元周律知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11540
• 代理人: 周游

本申請公開了一種用于流體力學(xué)中宏觀可視化測量的多孔材料，多孔材料的粒徑范圍為10mm～100mm；每個(gè)多孔材料顆粒包括多個(gè)次級顆粒，次級顆粒的粒徑選自0.1mm～6mm。本申請還公開了一種用于流體力學(xué)中宏觀可視化測量的多孔材料的制備方法，將粒徑選自0.1mm～6mm的多個(gè)次級顆粒粘結(jié)成粒徑范圍10mm～100mm多孔材料。本申請的多孔球具有尺寸可調(diào)，上色穩(wěn)定、均勻，對材料本身性質(zhì)無影響，粘結(jié)劑用量少，粘結(jié)劑對成型多孔球的孔道影響可忽略，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，強(qiáng)度滿足試驗(yàn)要求，形狀可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于流體力學(xué)中宏觀可視化測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及一種制備用于流體力學(xué)中可視化測量的多孔球/體的方法以及由該方法制備的多孔球/體，更具體地，本申請涉及一種制備用于流體力學(xué)中可視化測量宏觀多孔介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)可控的多孔球/體的方法以及由該方法制備的多孔球/體，屬于流體力學(xué)可視化測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)

流化床反應(yīng)器內(nèi)的顆粒流體系統(tǒng)是非常復(fù)雜的兩相流系統(tǒng)，而實(shí)際工業(yè)流化床反應(yīng)器中的顆粒，最常見的是各類多孔顆粒，最典型的即是多孔催化劑及流態(tài)化過程中形成的聚團(tuán)，因此對多孔顆粒運(yùn)動的精確測量對于流化床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、控制及多相流過程是非常重要的。而合適尺寸的孔隙結(jié)構(gòu)可控的多孔球的制備難點(diǎn)，已經(jīng)成為多孔顆粒可視化實(shí)驗(yàn)研究的一大障礙。

如今現(xiàn)有技術(shù)中的各類多孔介質(zhì)球的制備，也集中于微納米級別微球的研制。而這些多孔介質(zhì)球，應(yīng)用于流體力學(xué)可視化測量中，由于宏觀型粒子圖像測速儀(PIV)和宏觀高速相機(jī)(PTV)的限制，難以進(jìn)行精確和高重復(fù)性的流場測量。

對于宏觀多孔球，如今發(fā)展起來的3D打印技術(shù)可以進(jìn)行制作，主要集中于Object系列的采用溶解支撐的3D打印技術(shù)。但是，3D打印技術(shù)所制作的多孔球模型必須有中間連接體，而微球之間的中間連接體的存在，在流體力學(xué)的可視化測量中會對多孔球的流場造成非常大的影響。因此，在制備工藝問題中，為了達(dá)到測量的目的，制備成型的多孔球需要在中間連接體可以忽略的情況下，具備合理規(guī)則的孔隙內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括孔徑、滲透率和孔隙率，以及顆粒形狀。

此外，流體力學(xué)的可視化測量中需要對多孔球模型進(jìn)行上色，從而在宏觀型粒子圖像測速儀(PIV)實(shí)驗(yàn)中避免激光反射問題、在宏觀高速相機(jī)(PTV)實(shí)驗(yàn)中提高圖片中的像素灰度變化梯度，而合適的不影響原多孔球物理化學(xué)性質(zhì)的上色技術(shù)也亟待開發(fā)。

因此，要實(shí)現(xiàn)對多孔顆粒與流體的精確可視化測量，必須建立合適的宏觀多孔球模型，而經(jīng)過廣泛的文獻(xiàn)調(diào)研，符合流體力學(xué)可視化實(shí)驗(yàn)測量的多孔球的制備面臨諸多挑戰(zhàn)，目前，國內(nèi)外關(guān)于用于流體力學(xué)中可視化測量的多孔球/體(不限于球形)的制備仍處于研發(fā)初始階段，因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)一種具有上述特性的多孔球。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本申請的一個(gè)方面，提供了一種用于流體力學(xué)中宏觀可視化測量的多孔材料，該多孔材料包括次級顆粒，次級顆粒間的連接部分在流體力學(xué)中的影響可以忽略，可以最大程度還原多孔介質(zhì)的本征流動。

所述用于流體力學(xué)中宏觀可視化測量的多孔材料的粒徑范圍為10mm～100mm；

每個(gè)所述多孔材料顆粒包括多個(gè)次級顆粒，所述次級顆粒的粒徑選自0.1mm～6mm。

可選地，每個(gè)所述多孔材料，包括10～10000個(gè)次級顆粒。

可選地，作為一種方案，每個(gè)所述多孔材料中的次級顆粒的粒徑尺寸公差不超過±0.1mm；

可選地，作為又一種方案，每個(gè)所述多孔材料中包括多種不同尺寸混合的次級顆粒。

制備多孔球過程可使用均一直徑的次級顆粒，尺寸公差不超過±0.1mm。也可用兩種或多種不同直徑的玻璃珠參雜使用。

可選地，所述多孔材料的孔隙率為35％至60％。

可選地，所述多孔材料的無量綱直徑β為15至350。