[发明专利]分离丝网气泡过滤特性测量方法

说明书

本发明公开了一种分离丝网气泡过滤特性测量方法。本发明是在循环水槽内进行试验，循环水槽系统通过收缩段的整流，为水槽试验段提供一个均匀的水平方向上的流动来驱动气泡水平方向上的运动，旋转水槽流量调节阀控制水槽中液体流动速度，使气泡在浮力作用下上升的同时具有一个可控的水平方向上的运动速度冲击到分离丝网上，所述分离丝网所在平面垂直于主流方向，且可移动；气泡由位于分离丝网上游的气泡发生系统产生；在水槽试验段横向两侧安装有高速相机和均匀光源，利用阴影法高速捕捉气泡的边界及其运动轨迹，进而获取气泡尺度、冲击速度、上升速度、在分离丝网前后气泡的体积分数。本发明方法测量方式简单有效，且可适应不同分离丝网对象的测量。

技术领域

本发明涉及一种通过分离丝网对气泡过滤特性的测量方法。

背景技术

气液分离技术在石油、水利工程、流体机械等领域广泛应用，通过设置气液分离装置能够有效减少液体中的气体对设施造成的不良影响的同时提高机械的工作效率。特别是在流体机械中，气液分离技术能够显著提高自吸式离心泵、旋涡泵等预灌自吸式泵产品的自吸能力并缩短自吸时间。由于泵体在工作中蜗壳内的液体不断被叶栅击碎，在叶轮的高速旋转下液体与空气搅拌混合生成的气水混合物在分离室内无法完全将空气从出口管处排出，余下的气水混合物将再次被夹带回蜗壳内，从而增加了自吸式泵的自吸时间，降低了其工作效率。另外，喷射泵在工作时产生气泡，容易发生气蚀，造成一系列负效应，如效率急剧下降，声学噪声，部件振动，机械侵蚀等，并且还会导致流体动力学阻力的增加。在较长时间的空化条件下，继续使用会导致喷射泵疲劳破裂，进而缩短泵的使用寿命。这些不利的弊端制约了一系列射流泵更广泛的市场应用，也是射流泵的瓶颈。因此设计一种简便装置来提高气液分离技术尤为重要。

目前有离心力分离、重力沉降分离、聚结分离等多种气液分离技术。传统的分离气泡方法有油箱自然去除法，依靠气泡自身克服液体摩擦力上浮到液面，从液体中分离出去；强制式气泡去除装置是在离心力的作用下将气泡送往工作腔最小直径处，通过排气管将气泡导出。设置分离网能够阻隔气相同时不影响液相的流动体积，使得气相和液相被分离以在两个不同区域中流动。其在解决气液分离等问题的同时也能够解决传热等问题，亲水的分离丝网可以提高沸腾临界热通量。传统的丝网被动分离装置往往在气泡上升方向放置丝网，观察丝网对垂直上升的气泡的阻隔作用。但在实际应用中，气泡在运动过程中的上升速度不仅仅是垂直方向的，气泡与气泡间或者液体流动对气泡施加作用力增大了对气泡运动特性研究的复杂性。因此，在大尺度气泡存在下的高速运动，如泵内流场中的气泡运动等复杂流动环境下，如何有效提升气液分离效率，如何给气泡提供一个均匀稳定可调的水平速度并合理控制制造成本，则需要根据新的理论研究基础上提出一种经济有效的新型气液分离方法，并对其性能进行定量分析，这就是本申请设计的分离方法以及测量其气泡的过滤特性的目的所在。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种丝网气泡过滤特性测量方法。

为实现上述发明目的，本发明方法是在循环水槽内进行试验，循环水槽系统通过收缩段的整流，为水槽试验段提供一个均匀的水平方向上的流动来驱动气泡水平方向上的运动，旋转水槽流量调节阀控制水槽中液体流动速度，使气泡在浮力作用下上升的同时具有一个可控的水平方向上的运动速度可以冲击到分离丝网上，分离丝网垂直于水槽试验段的主流方向，由一个紧贴试验段壁面并充满试验段横截面的网架固定于试验段，即分离丝网所在平面垂直于主流方向，由此可以使气泡正面冲击分离丝网；气泡由位于分离丝网上游的气泡发生系统产生，气泡发生系统包括注射泵、精密流量调节阀、连接气管以及喷嘴，喷嘴安装于试验段底面，位于分离丝网的上游，通过调节分离丝网的位置来调节与喷嘴分离丝网之间的距离，通过设置注射泵流量以及调节精密流量调节阀控制气泡的生成，便于观察单个气泡或者气泡群的上升和水平迁移、冲击壁面情况；在试验段横向两侧分别安装有高速相机和均匀光源，利用阴影法高速捕捉气泡的边界及其运动轨迹，进而获取气泡尺度、冲击速度、上升速度、在分离丝网前后气泡的体积分数。