[发明专利]一种判断多相混合均匀性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种判断多相混合均匀性的方法，属于化学工程技术领域。

背景技术

搅拌是化工、冶金过程中最常见的操作之一。大约在60~80年代期间流体混合技术得到了飞速的发展，其研究的重点主要是针对常规搅拌桨在低粘和高粘非牛顿均相体系、固液悬浮和气液分散等非均相体系中的搅拌功耗、混合时间等宏观量进行实验研究。虽然有大量的设计经验和关联式的可用于分析和预测混合体系，但将搅拌反应器从实验室规模直接放大到大规模的工业生产中，仍是没有把握的，至今仍需要通过逐级放大来达到搅拌设备所要求的传质、传热和混合。这种方法不但耗费财力和大量的人力和物力，而且设计周期很长，据相关统计显示美国的化学工业由于搅拌反应器设计不合理所造成的损失每年约为l0~100亿美元。因此采用先进的测试手段和建立合理的数学模型获取搅拌槽中的速度场、温度场和浓度场，以及采取有效的衡量流体混合效果的方法，不仅对混合设备的优化设计具有十分重要的经济意义，而且对放大和混合的基础研究具有现实的理论意义。就目前看，衡量流体混合效果的方法众多，主要有电导率法、热电偶法、光学法、脱色法等，其中电导率法在低粘性流体的搅拌混合中应用很广，但对搅拌介质的要求高，如要求搅拌介质为去离子水；热电偶法则对流场会产生破坏；一般的光学法由于装置复杂，应用也较少；脱色法用来测高粘流体和粘弹性流体非常有效，但由于采用肉眼判断，因而带有较强的主观性。

发明内容

本发明克服了上述方法的不足，提供一种具有较高的应用价值的、简便可行的用于判断多相混合均匀性的方法，具体包括以下步骤：

（1）在透明搅拌槽的混合过程中，获取气-液-固多相混合过程中连续的搅拌实时图样并保存下来；并利用数字图像处理技术获得只有背景和目标的待处理图样；将待处理图样中的目标作为研究对象；

（2）根据待处理原始图样的尺寸大小，从左上角对应，左下角对应，右下角对应，右上角对应作为起始位置进行网格划分，分别划分个区域为自然数，并对每个小区域编号；

（3）运用均匀试验设计理论，度量t时刻混合均匀性的方法进行如下计算：

①计算在一个小区域内与整体图样内的目标的个数比：；

②计算在该小区域与整体图样的面积比：；

③计算目标个数比与区域图样面积比的绝对偏差：；

④计算绝对偏差的平均值：；

⑤t时刻图样的均匀度为：，其中表示中位数；

（4）借助均匀试验设计理论，在混合时间t前后，会呈现明显的变化规律；若经历充分的混合时间t后，的数值大小波动近于1，若画出的变化曲线图，则在t时刻后，就非常接近于1且往后的时间里波动不大，则表示多相混合在t时刻之后达到混合均匀的状态。

混合过程中获得实时图样网格的划分如果单从某一个起始位置开始，一般划分为个区域（为自然数），区域的划分原则是根据图样和目标大小、混合均匀性判断精度要求来确定的取值大小，的取值越大精度越高，小区域的长宽比与原始图样的长宽比相等。

本发明步骤（1）中获取气-液-固多相混合过程中连续的搅拌实时图样并保存下来，并利用数字图像处理技术获得只有背景和目标的待处理图样；此过程为常规方法，例如现有技术中利用高速摄像机来获得多相混合过程中连续的搅拌实时视频；利用视频软件KMPlayer将视频转换为实时图样保存下来。

在统计学里，均匀试验设计是只考虑试验点在试验范围内均匀散布的一种试验设计方法；根据均匀试验设计理论，均匀性的度量采用数论方法（伪蒙特卡洛方法），最普遍采用的偏差；本文采用的是当时对应的偏差；在试验区域（本次此处，）上布n个试验点，令，为中由原点0到决定的矩形。令为中的试验点数，当中散布均匀试验点时，应与的体积相接近；简而言之，当试验区域内点数比与矩形面积比非常接近时，即认为试验点均匀散布于试验区域，我们称之为多相流混合均匀。

本发明的有益效果是：

（1）该方法简单可行，有统计学之均匀试验设计理论做支撑；

（2）解决了电导率法、热电偶法、光学法、脱色法等的不足之处；

（3）可以减少搅拌反应器因不合理的设计造成的经济损失。

附图说明

图1为本发明的工作过程图。

图2为本发明将左上角作为起始位置的图样网格划分图；黑色填充部分为起始位置(S=1)。