[發明專利]一種氣液兩相流中微細氣泡粒徑測定系統及方法

在審

• 申請號: 202110599497.3
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113358527A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 關順;蔡小壘;陳家慶;姬宜朋;劉美麗;丁國棟;張怡青
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 劉明華

本發明涉及一種氣液兩相流中微細氣泡粒徑測定系統及方法，該方法基于激光衍射原理實現微細氣泡粒徑測定，首先讓觀測槽通過無微細氣泡的背景水樣，用激光照射，這時激光沒有發生衍射，照射出來的光強度、疏密等特征信息會保存在控制系統中作為參考量；然后，讓觀測槽通過含有微細氣泡的氣液兩相水樣，用激光照射，這時激光發生衍射，照射出來的光強度、疏密等特征信息會保存在控制系統中作為被測量，比較參考量和被測量，從而得出氣液兩相水樣中微細氣泡的粒徑。本發明提供的技術方案，由于操作步驟少，由操作步驟引入的外部干擾介入少，測量精確度高。

技術領域

本發明涉及微細氣泡測量技術領域，具體涉及一種氣液兩相流中微細氣泡粒徑測定系統及方法。

背景技術

微細氣泡具有不同于普通氣泡的一些突出特點，如選擇性粘附強、界面ζ電位高、傳質效率高、液中停留時間長及可產生羥基自由基等，目前已被廣泛應用于污水處理、食品飲料、石油開采、冶金工業、衛生保健、船體減阻等領域。國內外研究學者、學術團體甚至是國家政府層面，也都逐漸意識到微細氣泡技術對各行業領域發展的重要意義。微氣泡技術的應用具有巨大的發展潛力，隨著人們漸漸熟知微氣泡的各種特性，它的應用范圍也在不斷擴大，市場也隨之成長。

對微細氣泡粒徑及濃度分布等進行測量評價是其大規模研究及應用的前提和關鍵。但由于微細氣泡具有粒徑小、分散程度高、濃度大、粘附性強(易粘附到測量鏡頭表面)、壓力波動易溶解釋放等特點，對測量系統及方法提出了很高的要求和挑戰。

迄今為止，針對微細氣泡粒徑的測量方法分為直接測量法和間接測量法兩大類，其中間接測量法主要包括Stokes公式反算法、氣泡穩定時間法、釋氣量法以及氣浮去除率等，間接測量方法難以有效獲得微細氣泡粒徑分布特性曲線，且讀取和操作過程中的人為誤差較大，測量結果準確度偏低。

直接測量法主要包括電導探針法、光導纖維法、顯微攝像法與激光衍射法等。電導探針法和光導纖維法，能夠直接給出信號，具有響應快，實時性強、數據量大等優點。但電導探針法和光導纖維法需要將探針插入氣泡中，但其測量氣泡粒徑范圍受限，無法針對微細氣泡進行有效測量。

攝像法是基于高清高速攝像拍照和圖像數據分析過程來實現氣泡尺寸測量的方法，其測量過程不受待測液體的壓力、流速等物理因素的限制，圖像拍攝結果也更為直觀。但其缺點在于測量分析圖像分辨率和圖像質量受限于拍攝系統性能參數，同時在高濃度氣泡的條件下，攝像法獲得的圖像中會存在嚴重的氣泡重疊現象，嚴重影響到后續圖像處理和數據統計分析過程。

除采用更高級的圖像采集設備外，許多學者針對拍攝出的圖像識別程序進行設計優化，進一步降低測量誤差，如山東省科學院海洋儀器儀表研究所張浩等人在相關技術中提出了一種測量水體中氣泡的測量方法，包括氣泡圖像識別過程、非球形氣泡的等效粒徑轉換過程以及氣泡粒徑的反演計算過程。該方法通過氣泡圖像識別過程可以將水體中的氣泡圖像和懸浮物圖像準確地區分開來,以獲得準確的氣泡輪廓，通過采用非球形氣泡的等效粒徑轉換過程可以降低等效轉換過程中的誤差，提高等效球體氣泡粒徑計算的精度。

與攝影法相比，激光衍射法具有性能穩定、不受電路干擾、測量速度快、數據提取便捷等優點。中國海洋石油總公司邵天澤等人在相關技術中提出的一種微細氣泡性能測試評價實驗平臺與測試評價方法。該裝置包括氣浮柱、微氣泡發生裝置、離心泵、計量泵、回流水分布單元、馬爾文激光粒度儀M2000和計算機。該方法測試過程中依靠管道壓力將氣-水兩相混合物引入至激光粒度儀內進行測試。但是該方法存在測量過程中壓差較大，容易釋放大量溶解氣泡，改變實際測量工況和條件，同時在測量微細氣泡時，無法將附著的在管壁的微細氣泡及時進行清理，對激光衍射造成較大影響，產生測量誤差。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種氣液兩相流中微細氣泡粒徑測定系統及方法，以解決現有技術中對氣液兩相水樣中微細氣泡粒徑測量精度低的問題。

為實現以上目的，本發明采用如下技術方案：