[实用新型]一种磷光颗粒示踪多点测量系统

说明书

本实用新型公开了一种磷光颗粒示踪多点测量系统，测量系统包括脉冲注入装置、闪光激发装置、磷光探测装置、数据采集与控制装置，脉冲注入装置包括注入喷枪和电磁阀、气瓶。闪光激发装置包括激发环和闪光灯管。激发环和闪光灯管设置在注入喷枪的下游且靠近注入喷枪。磷光探测装置包括设置在待测管内同一横截面不同位置的若干个光敏元件。数据采集与控制装置分别与电磁阀、闪光灯管和光敏元件连接。磷光颗粒通过物料弹的形式从注入喷枪注入到待测管中，被闪光激发装置激发成带余辉的磷光示踪剂，随后被磷光探测装置检测获取余辉强度信号，计算出修正浓度。本实用新型可有效实现气固两相流流场内同步多点测量，较为准确地反映流场的整体状态。

技术领域

本实用新型涉及气固两相流动(包括循环流化床反应器)的测量，具体地，涉及磷光颗粒示踪多点测量方法以及循环流化床锅炉的优化设计。

背景技术

气固两相流反应器的两相混合扩散行为，反应了床内颗粒运动和分布的特性，是理解反应器内传质和传热机理的关键。因此，通过高精度、高可靠性的气固两相流动测量装置和方法在线获取流场内颗粒的浓度分布、扩散行为等流动信息，是研究开发新型高效节能两相反应器和优化其结构参数设计的基础。以循环流化床锅炉为例，循环流化床反应器提升管中的流动是一种典型的气固两相流动，随着流化床锅炉的大型化，受热面布置的问题、二次风穿透性问题、布风均匀性问题、多分离器带来的流动不均匀性问题等都随之而来。要解决这些问题，还是要依靠流化床锅炉设计的优化，想要优化锅炉设计，需要实验测量流场中固体颗粒的停留时间分布，来考查固体颗粒物的扩散速率和其他流场状态。

目前研究气固两相颗粒扩散行为的主要方法是颗粒示踪法。通过在流场中撒入一定量的示踪颗粒，以示踪颗粒的流动以及扩散行为来表征当地流场的流动特性。诸如热颗粒示踪法、磁性颗粒示踪法、放射性颗粒示踪法、磷光颗粒示踪法等都已经有研究人员采用过，近年来随着计算机计算能力的发展，结合光学成像技术和图像分析技术发展的两相流粒子图像测速技术能够处理复杂的图像，提供瞬时全场的流动状态。所有的这些测量方法都是基于示踪颗粒均匀布撒的假设条件，但是目前所用的粒子布撒装置很难在高速气流下实现这一点。

实验中采用不同的示踪颗粒需要不同的注入或激发系统，也对应地需要不同的检测或采样系统。依据示踪颗粒在注入、激发、采样、检测过程中对原有流场的影响，此类方法又被区分为侵入式和非侵入式两类。从实验机理上来讲，示踪技术需要满足：示踪剂注入的瞬时性要好；注入过程、取样过程对原有流场的破坏尽可能小；示踪颗粒与原有床料在密度、粒径上尽量接近；实验步骤尽量简单，实验周期短，易于实现重复实验，且成本合理。

相较于其他示踪方法而言，磷光示踪法具有容易实现在线、快速、高灵敏度检测；实验后床内无残余，容易进行重复试验；注入瞬时性好，对床内流场干扰小且成本合理的优点。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够有效实现点/场激发多点测量的磷光颗粒示踪多点测量系统及方法，用来测量气固两相流动中颗粒相的停留时间分布。

一种磷光颗粒示踪多点测量系统，所述系统能够用于气固两相流待测管中的颗粒示踪检测，其特征在于，所述系统包括脉冲注入装置、闪光激发装置、磷光探测装置、数据采集与控制装置；所述脉冲注入装置包括一端伸入待测管内的注入喷枪和连接在注入喷枪另一端的气瓶，所述注入喷枪靠近气瓶一侧设置有电磁阀；按气固两相流来流方向，所述脉冲注入装置的注入喷枪设置在待测管的上游；所述闪光激发装置包括伸入待测管内的激发环和连接在所述激发环上的闪光灯管；所述激发环设置在所述注入喷枪的下游且靠近所述注入喷枪设置；所述磷光探测装置包括若干个光敏元件，所述若干个光敏元件设置在待测管内同一横截面不同位置；所述数据采集与控制装置分别与电磁阀、闪光灯管和光敏元件连接。

上述技术方案中，所述闪光灯管选用激光光源，且在所述闪光灯管与所述激发环的连接处在闪光灯管光源出口设置一字镜，使激光光源发散形成线光源。

上述技术方案中，所述一字镜使激光光源发散形成的线光源发散角为100°～150°。