[发明专利]一种测量固-液混合过程固体扩散速率和溶解速率的方法

说明书

本发明公开一种测量固‑液混合过程固体扩散速率和溶解速率的方法，包括：S1、搭建实验台：在透明容器中加入带混合的固‑液两相并搅拌混合，并采集固‑液两相混合过程中的视频图像；S2、对采集的视频图像进行处理，得到二值化图像序列；S3、基于二值化图像序列，计算分形维数时间序列，并基于时间序列求解固体在液体中的溶解速率；S4、对二值化图像序列进行P值求取，P值为每张二值图像连续腐蚀若干次所求得的分形维数的斜率的绝对值，利用logistics回归对P值进行拟合，获取扩散范围最大的时刻，基于扩散范围最大的时刻获取固体扩散速率。本发明能够非侵入、直观、准确地测量固‑液混合过程固体扩散速率和溶解速率。

技术领域

本发明涉及化工和湿法冶金工程技术领域，特别是涉及一种测量固-液混合过程固体扩散速率和溶解速率的方法。

背景技术

气液固三相体系是工业生产过程中一种非常普遍的多相流反应或分离体系，在石油、化工、能源和冶金等众多工业过程中都有着广泛的应用。强化搅拌混合是许多工艺技术的关键步骤，在化学反应中，强化搅拌混合是为了加快反应进程，节省反应时间；在物理反应中，强化混合是为了防止固态颗粒沉积，使其在液相中达到悬浮状态，降低混合能耗。掌握多相混合效果的好坏，可以做到对搅拌过程进行精准的控制，节省大量的人力、物力、财力。多相流强化搅拌混合速率的测量一直是多相流领域的研究难点之一。

目前，国内外关于多相流搅拌混合速率的测量，主要从宏观和微观两个角度进行研究。宏观测量方法有测量搅拌功率等，微观测量方法有测定混合过程速度场等。测量搅拌功率对混合速率进行测量不够精确，测量各相速度场又过于复杂。近年来，平面激光诱导荧光(PLIF)测量方法被广泛应用，该方法不仅可以实时显示流场中每个平面位置的混合效果差异，还可以直观清晰地反映混合状态随时间的变化规律。一些学者虽然通过PLIF测量方法研究了搅拌槽内瞬态的示踪剂分布、浓度变化以及宏观混合特性，但是该方法的应用具有很强的局限性，对工质选取要求较高。

基于现有技术存在的问题，亟需一种形象直观且适用范围广的固-液混合过程中固体扩散速率和溶解速率的测量方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量固-液混合过程固体扩散速率和溶解速率的方法，能够非侵入、直观、准确地测量固-液混合过程固体扩散速率和溶解速率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种测量固-液混合过程固体扩散速率和溶解速率的方法，包括如下步骤：

S1、搭建实验台：在透明容器中加入带混合的固-液两相，通过搅拌装置对所述固-液两相进行搅拌混合，并采集所述透明容器中所述固-液两相混合过程中的视频图像；

S2、对所述固-液两相混合过程中的视频图像进行处理，得到二值化图像序列；

S3、基于二值化图像序列，计算分形维数时间序列，并基于所述分形维数时间序列求解固体在液体中的溶解速率；

S4、对步骤S2中的二值化图像序列进行P值求取，所述P值为每张二值图像连续腐蚀若干次所求得的分形维数的斜率的绝对值，利用logistics回归对所述P值进行拟合，获取扩散范围最大的时刻，基于扩散范围最大的时刻获取固体扩散速率。

优选地，所述步骤S1中，所述试验台包括透明容器，所述透明容器内设有搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌桨轴、若干个搅拌桨叶片，所述搅拌桨叶片设于所述搅拌桨轴的底部，所述透明容器内装有固-液两相待混合物，所述搅拌桨叶片在所述搅拌桨轴的带动下对所述透明容器中的固-液两相待混合物进行搅拌混合；所述透明容器一侧设有图像采集装置，用于采集所述透明容器中的固-液两相待混合物混合过程中的视频图像。

优选地，所述透明容器的另一侧还设有遮光板，所述遮光板与所述图像采集装置对应设置，用于在视频图像采集过程中进行遮光。

优选地，所述图像采集装置包括但不限于高速摄像机、电容层析成像仪ECT。