[發明專利]一種測量固-液混合過程固體擴散速率和溶解速率的方法

有效

• 申請號: 202110439169.7
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113138141B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 肖清泰;楊凱;王華
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 陳巍

本發明公開一種測量固?液混合過程固體擴散速率和溶解速率的方法，包括：S1、搭建實驗臺：在透明容器中加入帶混合的固?液兩相并攪拌混合，并采集固?液兩相混合過程中的視頻圖像；S2、對采集的視頻圖像進行處理，得到二值化圖像序列；S3、基于二值化圖像序列，計算分形維數時間序列，并基于時間序列求解固體在液體中的溶解速率；S4、對二值化圖像序列進行P值求取，P值為每張二值圖像連續腐蝕若干次所求得的分形維數的斜率的絕對值，利用logistics回歸對P值進行擬合，獲取擴散范圍最大的時刻，基于擴散范圍最大的時刻獲取固體擴散速率。本發明能夠非侵入、直觀、準確地測量固?液混合過程固體擴散速率和溶解速率。

技術領域

本發明涉及化工和濕法冶金工程技術領域，特別是涉及一種測量固-液混合過程固體擴散速率和溶解速率的方法。

背景技術

氣液固三相體系是工業生產過程中一種非常普遍的多相流反應或分離體系，在石油、化工、能源和冶金等眾多工業過程中都有著廣泛的應用。強化攪拌混合是許多工藝技術的關鍵步驟，在化學反應中，強化攪拌混合是為了加快反應進程，節省反應時間；在物理反應中，強化混合是為了防止固態顆粒沉積，使其在液相中達到懸浮狀態，降低混合能耗。掌握多相混合效果的好壞，可以做到對攪拌過程進行精準的控制，節省大量的人力、物力、財力。多相流強化攪拌混合速率的測量一直是多相流領域的研究難點之一。

目前，國內外關于多相流攪拌混合速率的測量，主要從宏觀和微觀兩個角度進行研究。宏觀測量方法有測量攪拌功率等，微觀測量方法有測定混合過程速度場等。測量攪拌功率對混合速率進行測量不夠精確，測量各相速度場又過于復雜。近年來，平面激光誘導熒光(PLIF)測量方法被廣泛應用，該方法不僅可以實時顯示流場中每個平面位置的混合效果差異，還可以直觀清晰地反映混合狀態隨時間的變化規律。一些學者雖然通過PLIF測量方法研究了攪拌槽內瞬態的示蹤劑分布、濃度變化以及宏觀混合特性，但是該方法的應用具有很強的局限性，對工質選取要求較高。

基于現有技術存在的問題，亟需一種形象直觀且適用范圍廣的固-液混合過程中固體擴散速率和溶解速率的測量方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種測量固-液混合過程固體擴散速率和溶解速率的方法，能夠非侵入、直觀、準確地測量固-液混合過程固體擴散速率和溶解速率。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種測量固-液混合過程固體擴散速率和溶解速率的方法，包括如下步驟：

S1、搭建實驗臺：在透明容器中加入帶混合的固-液兩相，通過攪拌裝置對所述固-液兩相進行攪拌混合，并采集所述透明容器中所述固-液兩相混合過程中的視頻圖像；

S2、對所述固-液兩相混合過程中的視頻圖像進行處理，得到二值化圖像序列；

S3、基于二值化圖像序列，計算分形維數時間序列，并基于所述分形維數時間序列求解固體在液體中的溶解速率；

S4、對步驟S2中的二值化圖像序列進行P值求取，所述P值為每張二值圖像連續腐蝕若干次所求得的分形維數的斜率的絕對值，利用logistics回歸對所述P值進行擬合，獲取擴散范圍最大的時刻，基于擴散范圍最大的時刻獲取固體擴散速率。

優選地，所述步驟S1中，所述試驗臺包括透明容器，所述透明容器內設有攪拌裝置，所述攪拌裝置包括攪拌槳軸、若干個攪拌槳葉片，所述攪拌槳葉片設于所述攪拌槳軸的底部，所述透明容器內裝有固-液兩相待混合物，所述攪拌槳葉片在所述攪拌槳軸的帶動下對所述透明容器中的固-液兩相待混合物進行攪拌混合；所述透明容器一側設有圖像采集裝置，用于采集所述透明容器中的固-液兩相待混合物混合過程中的視頻圖像。

優選地，所述透明容器的另一側還設有遮光板，所述遮光板與所述圖像采集裝置對應設置，用于在視頻圖像采集過程中進行遮光。

優選地，所述圖像采集裝置包括但不限于高速攝像機、電容層析成像儀ECT。