[发明专利]一种测量超临界二氧化碳中颗粒沉降速度的装置和方法

权利要求书

1.一种测量超临界CO₂中颗粒沉降速度的装置，该装置包括：

颗粒投放沉降单元、超临界CO₂供给单元和数据采集单元；

所述颗粒投放沉降单元包括沉降筒和颗粒投放机构；所述沉降筒为柱状密封容器，所述颗粒投放机构设置在所述沉降筒的顶部，用于向所述沉降筒中投放颗粒；所述沉降筒的筒外壁的下部设置有透明视窗；

所述超临界CO₂供给单元用于向所述沉降筒内注入超临界CO₂流体；

所述数据采集单元用于测量采集颗粒经过所述透明视窗的沉降实验数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述超临界CO₂供给单元包括CO₂气瓶、增压泵、超临界CO₂生成装置；

所述CO₂气瓶、所述增压泵、所述超临界CO₂生成装置和所述沉降筒依次相连通。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述增压泵与所述超临界CO₂生成装置相连通的管路上设置有一截止阀；

优选地，所述超临界CO₂生成装置与所述沉降筒相连通的管路上设置有一截止阀；

优选地，所述超临界CO₂生成装置与所述沉降筒相连通的管路上设置有一安全阀。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述数据采集单元包括高速摄影机、计算机和光源发射器；

所述高速摄影机与所述光源发射器位于所述沉降筒的透明视窗的两侧且与所述透明视窗在同一水平线上；

所述高速摄影机与所述计算机相电连接。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述数据采集单元还包括压力传感器和温度传感器；

所述压力传感器用于监测所述沉降筒内的压力；所述温度传感器用于监测所述沉降筒内的温度。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，颗粒投放机构包括上电控球阀和下电控球阀；

所述上电控球阀、所述下电控球阀和所述沉降筒依次相连通，且所述上电控球阀和所述下电控球阀位于所述沉降筒的顶部的中心轴线上。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，该装置还包括恒温单元，所述恒温单元包括恒温水浴箱、直流泵和套设于所述沉降筒外侧壁的水浴环空层；

所述恒温水浴箱、所述直流泵和所述水浴环空层循环相连通。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述透明视窗为蓝宝石玻璃材质，其表面刻有毫米刻度。

9.一种测量超临界CO₂中颗粒沉降速度的方法，该方法采用权利要求1～8任一项所述装置进行操作，包括以下步骤：

采用超临界CO₂供给单元向沉降筒内注入超临界CO₂流体使沉降筒中充满超临界CO₂，通过颗粒投放沉降单元从沉降筒的顶部向沉降筒中投放颗粒；颗粒由沉降筒的顶部的中心位置落下，当颗粒经过透明视窗时，通过数据采集单元测量采集颗粒的沉降实验数据。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，该方法包括以下步骤：

打开恒温水浴箱，将水浴箱温度调节至实验所需温度，打开直流泵循环热流体，通过水浴环空层加热并保温沉降筒；

通过超临界CO₂生成装置生成超临界CO₂，将超临界CO₂泵注至沉降筒中，待沉降筒中的压力达到实验所需压力时，关闭超临界CO₂生成装置与沉降筒连通管路上的截止阀；

将待测量颗粒置于上电控球阀中，打开上电控球阀释放颗粒至下电控球阀中并关闭上电控球阀；打开下电控球阀将颗粒从沉降筒的顶部的中心位置落下；

颗粒释放后利用高速摄影机对颗粒经过视窗的运动轨迹进行高速捕捉记录，通过计算机采集分析获得颗粒匀速运动时的速度，即沉降末速；

优选地，实验所需温度为32～90℃；实验所需压力为7.4～25MPa。