[發明專利]一種用于模擬氣泡與液滴相互碰撞的裝置

在審

• 申請號: 202310046999.2
• 申請日: 2023-01-31
• 公開（公告）號: CN116062827A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 楊矞琦;李焱;宋偉;陳思宇;張海鵬;王昕;李強;王子真;劉堅;康博晗
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: C02F1/24
• 分類號: C02F1/24
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 龐曉辰

本發明涉及一種用于模擬氣泡與液滴相互碰撞的裝置，包括氣泡發生裝置、液滴發生裝置、循環管道、控溫裝置和圖像采集裝置，氣泡發生裝置和液滴發生裝置通過循環管道相連，控溫裝置設置在循環管道的外部，圖像采集裝置設置在循環管道上。本發明模擬中氣泡和液滴的粒徑大小和碰撞頻率通過調整注射泵的連接針頭和流量進行控制，用于模擬不同溫度下和垂直管道不同偏移角度下氣泡與液滴不同粒徑比在不同碰撞頻率下的碰撞情況，實時監測連續介質中氣泡與液滴在氣浮過程中的碰撞過程，研究不同情況下氣浮過程中的氣泡與液滴碰撞的動力學行為規律與轉變機制。

技術領域

本發明涉及氣浮工藝技術領域，具體是一種用于模擬氣泡與液滴(如油滴或水滴)相互碰撞的裝置。

背景技術

氣浮法是一種在國內外廣泛應用的污水處理技術，其原理是將大量的氣泡通入污水中，與廢水中細微的懸浮液滴或顆粒發生黏附，并一起浮升到液面，最后被撇除，達到凈化污水的目的。在很多工業生產、生活污水中，往往含有比重接近于1的細微懸浮液滴，例如廢油、乳化油、化學溶劑何其他低密度的液體等。這些污染物很難高效地用自然沉淀或自然上浮方法從污水中分離出來，但它們地存在又嚴重影響著設備的正常運行以及出水水質，因此必須使用沉淀法以外的其他方法對其進行去除，而氣浮法就是目前最有效的方法之一。

氣浮法主要受停留時間、溶氣壓力和氣泡尺寸等因素的影響，而氣泡的尺寸將直接影響氣浮效果。關于氣泡尺寸與污水處理效果之間的關系，一般認為大氣泡的存在會降低氣浮效率，并且會對氣浮形成的絮體以及氣浮層產生較大擾動干擾氣泡與油滴的結合，從而使出水濁度增大。但事實證明氣泡太小也不利于氣浮。一般而言，當水中的懸浮物性質一定時，氣泡越小越好。但是，另一方面，氣泡太小也會帶來問題，因為單位體積的水中雜質如果要上浮必須吸附足夠多的微小氣泡，這也會相應的增加氣泡與雜質黏附的難度。并且氣泡越小，溶氣氣浮中需要溶解的氣泡量就更多，因此所需提供的壓力就要越大，也造成了能量的浪費。由于上述的復雜性，使得氣泡粒徑在氣浮法中的適用值迄今為止在國際上都未得到滿意的解決方法，氣浮過程中對氣泡碰撞的觀測也因此成為國內外科技工作者爭相探索的熱點課題。

現有的氣浮的研究都主要關注改進氣浮工藝，通過改變氣浮過程的宏觀參數來提高氣浮效率，而有關氣浮機理的研究較少。氣浮過程中最重要的部分就是氣泡與油滴的碰撞與結合過程，這一過程主要包括三個步驟。首先是氣泡與油滴相互接觸發生碰撞，隨后氣泡與油滴相互黏附，最后氣泡與油滴穩定聚集形成絮凝體上浮。其中油滴與氣泡的碰撞過程在整個氣浮過程中至關重要，這一過程會直接影響到油滴與氣泡的結合效率，對氣浮的效率產生重要影響，并且直接影響了氣浮凈水的效率以及生產工藝中的能量損耗。然而，目前尚未有成熟的理論來解釋氣浮過程中的這一碰撞過程的微觀機理。有部分學者通過高速攝影手段試圖找出一些氣浮現象的機理解釋，但由于氣浮過程氣泡與油滴粒徑可能很小，缺乏行之有效的物理模擬實驗裝置，很難通過實驗的方法得到有效的數據。

因此，建立一套可控制氣泡與油滴粒徑和碰撞頻率的實驗裝置，對氣浮過程中油滴與氣泡碰撞的微觀機理進行研究，已成為目前迫切需要解決的難題。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于模擬氣泡與液滴相互碰撞的裝置，以解決上述背景技術中氣浮過程氣泡與液滴(如油滴或水滴)碰撞過程難以模擬的問題。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種用于模擬氣泡與液滴相互碰撞的裝置，包括循環管道、氣泡發生裝置、介質輸入裝置、液滴發生裝置、控溫裝置和圖像采集裝置；

所述循環管道分為上升段、過渡段和下降段，所述上升段和所述過渡段通過旋轉法蘭連接，以實現模擬不同工況下，碰撞發生時的不同傾斜角度，并且所述上升段為透明管，以適用于觀察氣泡與油滴或者水滴的碰撞過程，所述過渡段與所述下降段相連通；