[发明专利]一种利用探针测量气液反应器内气泡尺寸的方法

说明书

一种利用探针测量气液反应器内气泡尺寸的方法。在气泡的上浮方向上，布置至少6个探针，且建立x,y,z三维坐标系，并确定各探针在该坐标系中的位置；提取气泡上浮方向上，中心位置两个探针依次与气泡接触的时间间隔；计算气泡的上浮速度；在所建立的坐标系下，基于气泡的上浮速度确定气液界面处探针与气泡的十个不同接触点的空间坐标；将得到的十个接触点的空间坐标带入椭球体一般方程，建立十元一次方程组；求解上述十元一次方程组，确定椭球体一般方程的系数，进而确定该气泡的解析方程；根据该气泡的解析方程，求得该气泡的赤道半径和极半径参数。本发明解决了两相流研究中气泡的赤道半径和极半径不可测的问题即传统摄像法存在的实时性问题。

所属技术领域

本发明涉及测量气液反应器内气泡尺寸的方法，具体涉及一种利用探针测量气液反应器内气泡尺寸的方法。

背景技术

气液两相流现象广泛存在于化工、冶金、石油、动力以及核工程等工业领域，如冶金中钢包吹氩精炼、泡沫金属材料的吹气法制备、化工行业的环流多相反应器等，都涉及到了气液两相流体系。在该体系中，主要通过向反应器内鼓入气体以产生气泡，通过上浮气泡提供实现物理化学反应的反应界面。因此，气泡上浮速度、赤道半径和极半径等参数的测定对于反应实际生产过程具有重要意义。然而由于该体系极为复杂，相应的参数测量具有较大难度。

目前按照是否对气液两相流体系产生直接影响，针对气泡的测量方法主要可分为以下非接触式及接触式两类。非接触式方法一般采用摄像方法，如高速摄像仪、X射线照相法等，接触式测量方法一般是将探头传感器置于待测位置，通过将传感器返回信息进行处理，采用特定算法分析获得气泡上浮速度、含气率等相关参数，常用的传感器探头有电阻探头、电容探头、声导探头及光导探头等。上述方法各有优缺点，如摄像法不仅可以测量气泡形状和尺寸，还可以测量气泡上浮速度，也不会对流场产生干扰，但这种方法实时性差，需要计算机对拍摄的图像进行后处理，并且摄像法无法应用于不透明液体；另一方面，采用传感器探头可以测量含气率、气泡上浮速度，但是无法获得待测气泡的具体形状参数，对于气泡尺寸也是通过关联式，根据上浮速度反推得到。这种算法获得的气泡尺寸是间接得到的，因而数据的准确性误差大。

发明内容

针对现有方法存在的不足，本发明提出一种利用探针测量气液反应器内气泡尺寸的方法。

本发明所采用的技术方案是这样实现的：

一种利用探针测量气液反应器内气泡尺寸的方法，包括如下步骤：

步骤1：在气泡的上浮方向上，布置至少6个探针，且建立x，y，z三维坐标系，确定各探针在该坐标系中的位置；

在气泡的上浮方向上先布置两个具有一定尖端距离而水平方向距离可忽略的探针，在前述两个探针的四周再对称布置至少四个水平方向保持一定距离的探针；

步骤2：提取气泡上浮方向上，先布置的两个探针依次与气泡接触的时间间隔；

步骤3：根据先布置的两个探针的尖端距离及气泡上浮方向这两个探针依次与气泡接触的时间间隔，计算气泡的上浮速度；

步骤4：在所建立的坐标系下，基于气泡的上浮速度确定气液界面处探针与气泡的十个不同接触点的空间坐标；

步骤5：将步骤4得到的十个接触点的空间坐标带入椭球体一般方程，建立十元一次方程组；

步骤6：求解上述十元一次方程组，确定椭球体一般方程的各系数值，进而确定了该气泡的解析方程；

步骤7：根据该气泡的解析方程，求得该气泡的赤道半径和极半径参数。

根据所述的利用探针测量气液反应器内气泡尺寸的方法，所述探针为电导探针或者光导探针。

根据所述的利用探针测量气液反应器内气泡尺寸的方法，所述步骤1中所述的x，y，z三维坐标系的坐标轴，z轴位于气泡上浮方向上先布置的两个探针所在的直线。