[发明专利]不规则外形颗粒曳力系数的测量装置和测量方法

说明书

本发明涉及一种气固两相流中，用于测量不规则外形颗粒曳力系数的装置及方法，属于流化床和多相流测量技术领域。

背景技术

可燃固体废弃物资源化利用是缓解传统化石能源供给压力，促进多元化能源结构形成，以及减少固体废弃物污染的有效途径。可燃固体废弃物主要包括可燃工业固体废弃物，可燃生活垃圾和可燃农林废弃物三类，对以上三类可燃固体废弃物的处理以热化学方法为主，即将这些固体废弃物颗粒在流化状况下，通过燃烧，气化和热解等方式转化为燃料或化工原料。

与常规的燃煤流化床相比，固体废弃物流化床在气固流动与传递方面具有自身的特点和难度，颗粒形状、大小和尺寸奇异，如柱状、条状、锥状、环状、片状、块状等。颗粒的形状改变了颗粒与湍流的相互作用，特别是颗粒在流场中的受力、运动和传递机制变得异常复杂。曳力是颗粒受到流场的携带力，是气固相互作用关键特征参数之一，是描述气固间动量和能量传递的核心参数，对气固流态化反应系统的设计、计算和优化具有重要的意义。

然而，由于缺乏科学的测量装置与测量方法，不规则外形颗粒的曳力机制至今未被完全掌握，固体废弃物热处理反应器的设计计算缺乏可靠的异型颗粒曳力系数模型，如在固体废弃物流化床的设计计算或数值模拟优化时，通常的做法是采用“球形系数”来修正经典的球形颗粒曳力模型。这种近似处理，在设计计算和科学研究上常常会带来的很大的误差甚至是错误。亟需发明不规则外形颗粒曳力系数的测量装置和测量方法。

一直以来，流化床和多相流测量技术领域的测量装置和测量方法大多被国外科研机构和企业的专利所垄断。针对国家重大需求，发展具有自主知识产权的不规则外形颗粒曳力系数的测量装置和测量方法具有重要的现实意义。

发明内容

技术问题：本发明旨在提出一种不规则外形颗粒曳力系数的测量装置和测量方法。采用两个CCD高速相机联用成像，同时捕捉颗粒的运动状态和投影面积变化，

实现对各种不规则外形颗粒曳力测量的普遍适应性。

技术方案：本发明的不规则外形颗粒曳力系数的测量装置，使用透明材质制作一方形管道，方形管道外水平布置一台横向CCD高速摄相机，拍摄方向与方形管道壁面垂直；在方形管道正上方同时布置一台竖向CCD高速摄相机，拍摄方向竖直向下；在竖向CCD高速摄相机的一侧布置有一个颗粒电磁夹持装置，横向CCD高速摄相机依次与控制器、XOY方向视频采集装置、计算机相串联，竖向CCD高速摄相机依次与控制器、XOZ方向视频采集装置、计算机相串联；颗粒电磁夹持装置依次与一台控制器、计算机相串联；横向CCD高速摄相机和竖向CCD高速摄相机分别配备有广角镜头与远摄镜头。

所述的颗粒电磁夹持装置由铝材制成，总长度在0.3-1米之间，夹持爪张角在100-120度之间，夹持爪间夹持力在1-10公斤之间且可调节，固定于可升降装置上，由控制器控制；通过控制电磁铁吸合衔铁的动作，使夹持爪发生联动，进而实现对颗粒的加持和释放。

方形管道外水平布置且拍摄方向与方形管道壁面垂直的横向CCD高速摄相机，透过方形管道透明壁面，高速记录下颗粒的下降过程，帧速率大于500帧每秒，以便获得颗粒下降过程中的实时速度与加速度；在方形管道正上方布置且拍摄方向竖直向下的竖向CCD高速摄相机，也同时高速记录下颗粒的下降过程，帧速率大于500帧每秒，以便获得颗粒下降过程中的实时投影面积；通过曳力系数的数学模型最终求得实时的颗粒曳力系数。