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原文传递一种颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置及方法

专利名称：	一种颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置及方法
摘要：	本发明公开了一种颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置及方法，包括数据采集系统、数据处理系统、测量前端电路以及用于提供电能的电源系统，其中，测量前端电路包括第一测量支路、第二测量支路、第三测量支路、第四测量支路及第五测量支路，第一测量支路、第二测量支路、第三测量支路、第四测量支路及第五测量支路并联连接，该装置及方法能够准确测量颗粒堆积床内气液两相流含气率。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安交通大学
发明人：	李良星;谢伟;王文鹏
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-17T00:00:00+0800
申请号：	CN201811512083.7
公开号：	CN109765334A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	徐文权
分类号：	G01N33/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	710049 陕西省西安市碑林区咸宁西路28号
主权项：	1.一种颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置，其特征在于，包括数据采集系统、数据处理系统、测量前端电路以及用于提供电能的电源系统，其中，测量前端电路包括第一测量支路、第二测量支路、第三测量支路、第四测量支路及第五测量支路，第一测量支路、第二测量支路、第三测量支路、第四测量支路及第五测量支路并联连接；第一测量支路包括串联连接的第一探针(1)、第一恒温定值电阻及第一开关；第二测量支路包括串联连接的第二探针(2)、第二恒温定值电阻及第二开关；第三测量支路包括串联连接的第三探针(3)、第三恒温定值电阻及第三开关；第四测量支路包括串联连接的第四探针(4)、第四恒温定值电阻及第四开关；第五测量支路包括串联连接的第五探针(5)、第五恒温定值电阻及第五开关；第一探针(1)的测点、第二探针(2)的测点及第三探针(3)的测点均置于测量段不同高度横截面的圆心位置处，第四探针(4)的测点及第五探针(5)的测点位于测量段内且与测量段内壁之间的距离小于D/20，其中，D为测量段的直径，第二探针(2)的测点、第四探针(4)的测点与第五探针(5)的测点位于测量段的中心横截面上，第一探针(1)的测点、第二探针(2)的测点及第三探针(3)的测点沿测量段的轴向依次分布，数据采集系统用于检测并预处理第一恒温定值电阻两端的电压信息、第二恒温定值电阻两端的电压值信息、第三恒温定值电阻两端的电压值信息、第四恒温定值电阻两端的电压值信息及第五恒温定值电阻两端的电压值信息，数据采集系统的输出端与数据处理系统相连接。 2.根据权利要求1所述的颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置，其特征在于，数据采集系统包括滤波电路、放大电路、A/D模数转换器以及用于检测第一恒温定值电阻两端的电压信息、第二恒温定值电阻两端的电压值信息、第三恒温定值电阻两端的电压值信息、第四恒温定值电阻两端的电压值信息及第五恒温定值电阻两端的电压值信息的电压检测电路，其中，电压检测电路的输出端依次经滤波电路、放大电路及A/D模数转换器与数据处理系统相连接。 3.根据权利要求1所述的颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置，其特征在于，第一探针(1)的测点、第二探针(2)的测点及第三探针(3)的测点距离测量段底面之间的距离分别为L/4、L/2、3L/4，其中，L为测量段的长度。 4.根据权利要求1所述的颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置，其特征在于，测量段的长度小于等于1米。 5.根据权利要求1所述的颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置，其特征在于，第一探针(1)、第二探针(2)、第三探针(3)、第四探针(4)及第五探针(5)均包括针芯(8)及套管(7)，其中，针芯(8)的针尖呈30°锥形结构，针芯(8)插入于套管(7)内，其中，针芯(8)的针尖位于套管(7)外，针芯(8)与套管(7)之间填充有绝缘填充材料(9)，针芯(8)及套管(7)分别作为正极及负极，导通距离为0.206mm。 6.一种颗粒堆积床内气液两相流含气率测量方法，其特征在于，基于权利要求1所述的颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置，包括以下步骤：第一探针(1)、第二探针(2)、第三探针(3)、第四探针(4)及第五探针(5)分别对测量段中的测点1、测点2、测点3、测点4及测点5进行测量，其中，当纯液体流过测量段时，第一恒温定值电阻两侧的电压为高电压U1，当气体流过测量段时，第一恒温定值电阻两侧的电压为低电压U0，得到范围在0到1之间的无量纲参数其中，数据处理系统绘制随时间变化的信号波形图，并通过所述信号波形图判断测点1所处的相；当信号从1变化到0并回到1，则代表一个气泡通过该测点，气泡经过测点1的时间通过记录电压信号从1变化到0过程中时与从0变化到1过程中时之间的时间差ΔTg获得；设置时间间隔其中，气液两相的流动速度QG与QL分别为气体体积流量与液体体积流量，测点2、测点4及测点5在T0时刻的局部含气率为在T0-ΔT时刻至T0+ΔT时刻内测点i通过气泡的时间总和，i＝2、4、5；测点1在T0-ΔT时刻的局部含气率为在T0-2ΔT时刻至T0时刻内测点1通过气泡的时间总和；测点3在T0+ΔT时刻的局部含气率为在T0时刻至T0+2ΔT时刻内测点3通过气泡的时间总和，将α1、α2、α3、α4及α5作为测量段内对应测点的局部含气率；当流动区域稳定时，设置测量时间ΔT>300s，测点1、测点2、测点3、测点4及测点5的平均局部含气率i＝1、2、3、4、5，其中，∑ΔTgi\|(T,T+ΔT)为在测量时间ΔT内测点i通过气泡的时间总和，则测量段内的截面含气率由各测点的平均局部含气率通过实验关联式计算得出。 7.根据权利要求6所述的颗粒堆积床内气液两相流含气率测量方法，其特征在于，当探针均正常工作时，测量段截面含气率可由五个测点的平均局部含气率通过实验关联式(1)计算得出：当第一探针或第三探针出现故障时，测量段截面含气率可由其余三个测点的平均局部含气率通过实验关联式(2)计算得出：当第四探针或第五探针出现故障时，测量段截面含气率可由其余三个测点的平均局部含气率通过实验关联式(3)计算得出：当第二探针出现故障时，测点2的平均局部含气率可由测点4与测点5平均局部含气率的算术平均值替代，测量段截面含气率通过实验关联式(4)计算得出：当多根探针出现故障时，测量段截面含气率通过实验关联式(5)计算得出： 8.根据权利要求6所述的颗粒堆积床内气液两相流含气率测量方法，其特征在于，以测试点为纵坐标的横轴，以α1、α2、α3为纵轴，绘制纵向含气率变化曲线，当α1、α2、α3越接近，则说明所述颗粒堆积床内气液两相流含气率测量装置正常工作，且测量段内流体的流动越趋于稳定；以测点的横坐标为横轴，以α2、α4及α5为纵轴，绘制横向含气率变化曲线，当α2、α4及α5越接近，则说明测量段的含气率越低，气液两相流的壁面效应越不明显。 9.根据权利要求6所述的颗粒堆积床内气液两相流含气率测量方法，其特征在于，当α1、α2、α3中任意一个值与其他两个值的平均值之间的误差大于15％，则说明该值对应的探针出现故障；当α2、α4、α5中任意一个值与其他两个值的平均值之间的误差大于10％，则说明该值对应的探针出现故障；当故障探针测得的局部含气率长时间在0时，说明该探针可能因碰撞发生了弯曲变形，针芯与套管直接接触导致短路，则需要更换探针；当故障探针测得的局部含气率长时间在1时，说明测量电路接触不良或测点附近可能有气泡滞留，需要检查电路，重新通入气液两相流。
所属类别：	发明专利