[发明专利]一种喷动床非球形颗粒浓度的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种喷动床非球形颗粒浓度的测量方法，属于气固流化床技术和多相流测量技术领域。

背景技术

喷动床是一种特殊条件下的流化床，可以处理粗大窄筛分颗粒。气流通过一个小孔或喷嘴垂直向上射入，形成一个逐渐向上延伸的射流区，当喷射速度足够高时，射流穿透床层而形成一个迅速穿过床层中心向上运动的稀相气固流栓。当这些粒子升至一定高度时，颗粒会像喷泉一样因重力而回落到环隙区表面。这些回落的颗粒缓慢向下移动，直至重新被射流卷吸，参与新的循环。因此，喷动床的流型呈现明显的三区：喷动区、喷泉区和环隙区。

颗粒混合就是实现不同组分之间尽可能相互混合的一个复杂操作过程，颗粒混合行为反应了床内颗粒的运动及传递特性，是认识喷动床气固传热和传质机理的关键，对于喷动床反应器的设计和结构参数的优化具有重要的意义。颗粒浓度是表征颗粒混合程度的一个重要参数，获取床内颗粒浓度是研究颗粒混合的关键。

目前，国内外研究者发展了诸如盐颗粒、热颗粒、磷光颗粒、染色颗粒、磁性颗粒以及放射性颗粒等众多的测量方法，用于直接或间接获取颗粒浓度。在这些方法中，盐示踪颗粒方法是较早也是较为广泛地在流化床中使用的，它通过测定一定量取出颗粒溶解于水后的溶液的电导率来分析示踪颗粒的浓度，因此该方法的优点是测量直接、迅速、成本低，但存在示踪颗粒在床内的积累及颗粒注入时对床内流场有一定的干扰等缺点。热颗粒示踪方法也是较常用的一种测量混合行为的方法，该方法不会对床内颗粒产生污染而且检测比较容易，但最大缺点是热示踪颗粒在冷气流的作用下温度衰减很快，在分析和计算时需要额外考虑这部分热损失，同时准确测量颗粒温度也是实验技术中十分困难的问题。磷光颗粒示踪方法克服了示踪颗粒注入时对流场的扰动，实现了灵敏度非常高的在线检测，一种非常理想的研究床内轴径向混合行为的测量方法，但该方法也存在磷光颗粒余辉强度会随时间逐渐衰减而无法被检测器检测的问题，且对于较密集的流化床示踪颗粒往往容易被其它的床料遮挡而影响实验精度。上述几种方法都存在一个共同的缺点，只能实现定点检测，不能实现全场检测，而且在获取稠密区颗粒浓度存在局限性。同时，这些方法都适用于流化床，但在喷动床上还没有实施案例。

随着喷动床在工程应用领域的日益扩展，一些复杂的气固两相流动，尤其是球形颗粒/非球形颗粒多组分的混合过程也不断出现，已有的针对球形颗粒的认识应用于这些复杂过程尚有一定的局限性，迫切需要对喷动床非球形颗粒的测量方法进行深入的研究。

发明内容

技术问题：本发明针对目前以非球形颗粒作为主要燃料的喷动床得到日益重用，对非球形颗粒喷动床气固流动特性和颗粒混合特性的研究越来越重要，而通过测量颗粒浓度研究颗粒混合的方法受到测量方法的制约，难以实现全场测量，尤其是稠密区域，提供了一种气固流化床非球形颗粒浓度的测量方法，该方法操作简单、使用方便，可以实现全场无死角检测。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种获取喷动床非球形颗粒浓度的方法。本发明的思路是：通过动态图像分析和静态床层取样的联合运用，分别获取喷动床稀疏高速区（喷动区和喷泉区）和稠密低速区（环隙区）的颗粒浓度，其中，动态图像分析通过高速数码CCD摄取高清数码图像，然后对图像进行逐帧分析定位非球形颗粒，进而获得目标区域的颗粒浓度，静态床层取样采用插板盒从顶部快速插入喷动床床体提取整体床层并径向分区，梳形板轴向弹性分区获得含非球形颗粒的混合物样本，通过对样本进行筛分分析而获得目标区域颗粒浓度。