[发明专利]一种气泡形成及脱离行为与气液传质性能的原位测定装置和方法在审

专利信息
申请号: 201911318054.1 申请日: 2019-12-19
公开(公告)号: CN113092480A 公开(公告)日: 2021-07-09
发明(设计)人: 陈日志;姜红;施豪婕;吴员鸿;唐文麒;刘业飞;邢卫红 申请(专利权)人: 南京工业大学;南京工大膜工程设计研究院有限公司
主分类号: G01N21/85 分类号: G01N21/85;G06T5/00;G06T7/00
代理公司: 济南泉城专利商标事务所 37218 代理人: 张贵宾
地址: 210000 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 气泡 形成 脱离 行为 传质 性能 原位 测定 装置 方法
【说明书】:

发明涉及气泡演变与气液传质的检测设备技术领域,特别涉及一种气泡形成及脱离行为与气液传质性能的原位测定装置和方法。所述装置包括方形孔板、方形视窗、组件、面光源、微量注射泵、数据采集系统、高速摄像机、储液罐、进气阀、进液阀。本发明的装置利用光学成像的原理,发明一种原位观测并记录气泡动态行为的装置和方法,与图像处理软件结合,直接计算获得气泡分散流传质系数。此发明的优点在于,对流场无干扰,操作简单,测量准确,高质量地把抽象的气泡动态行为视频转化为具体的数据流,直接反映气泡微细化的效果。

技术领域

本发明涉及气泡演变与气液传质的检测设备技术领域,特别涉及一种气泡形成及脱离行为与气液传质性能的原位测定装置和方法。

背景技术

气液两相流行为广泛存在于化工、生物、环境等领域,特别是各种反应器中,如气-液两相鼓泡塔反应器、气-液-固三相流化床反应器、筛板塔式反应器等。气泡在孔口的生长及脱离状态对其在随后上升过程中气泡的形状、大小、振荡、聚并均会造成影响,决定了气液两相的接触时间和接触面积,从而影响气液两相之间的传热传质过程。因此,研究气泡的形成及脱离行为与气液传质性能对于提高多相反应器的效率具有重要意义。

当前研究主要采用实验直接测定气泡行为和获取传质系数或模拟计算气泡动态行为对气液两相传质过程的影响。实验测定气泡行为的方法主要分为浸入式和非浸入式,浸入式测量的局限性在于会因干扰流场而对气泡行为的测量产生偏差。因而,非浸入式测量受到广泛的关注。传质性能的确定常用的方法是化学吸收法,通过传质速率的高低间接反映气泡微细化的效果。通过模拟计算气泡动态行为虽然能够获取不同工况下气泡的动态行为和相应的传质性能,但是模拟计算结果的准确性有待验证。因此,寻找一种气泡形成及脱离行为与气液传质性能的原位测定装置和方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种气泡形成及脱离行为与气液传质性能的原位测定装置和方法,以便研究气泡动力学行为及其传质规律,丰富传质基本理论,提升多相反应器效率。该装置和方法可直接在线记录气泡动力学行为,获得清晰的气泡动态视频,仅通过后期图片处理便可简单计算得到气泡分散流传质系数。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现:

本发明的第一方面提供一种气泡形成及脱离行为与气液传质性能的原位测定装置,所述装置包括方形孔板、方形视窗、组件、面光源、微量注射泵、数据采集系统、高速摄像机、储液罐、进气阀、进液阀。

所述方形孔板与方形视窗通过组件组合并密封,顶部接所述进液阀和储液罐,储液罐顶端开口,液面连通大气;

所述微量注射泵分别与所述进气阀和组件底部接气口连接,所述微量注射泵为所述装置提供气体,并控制气体流量,注射泵连接的注射器最大为100 mL。进气阀和接气口之间设置缓冲室,实验过程中,若需要换气,将进气阀关闭后,缓冲室内充满气体,可防止漏液现象的发生。

所述高速摄像机、组件和面光源依次架设在同一条光路上,分别用升降台固定在真蜂窝阻尼隔震光学平台上;

所述高速摄像机与数据采集系统连接,所得数据均上传至所述数据采集系统。

在优选的实施方案中,所述方形孔板的材料为不锈钢等坚硬可穿孔的致密材料,其上有单孔或者全覆盖/部分覆盖周期性点阵结构排列的多孔,或者氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛等无机材料制成的多孔材料,其孔径大小为毫米级至纳米级。

在优选的实施方案中,所述方形视窗由聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、铝硅酸盐玻璃等化学和热稳定性好、机械强度高和通透性强的材料制成,为了方便观察和数据处理,可在方形视窗四周设置纵向刻度。

在优选的实施方案中,所述面光源和高速摄像机均设置为沿垂直方向可移动,位置可根据实际需要调整到拍摄清晰完整气泡为准。

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