[发明专利]一种测量气固两相流动颗粒滑移速度的探头及测量方法

说明书

本发明公开了一种测量气固两相流动颗粒滑移速度的探头，包括光纤成像单元、热膜测速单元和光源传输单元，其中，所述光纤成像单元包括内窥镜物镜、反光罩、玻璃平片和石英光纤；所述热膜测速单元包括热膜传感器和微电路，所述热膜传感器设置于所述玻璃平片外围；所述微电路设置于预留管道中；所述光源传输单元包括激光出光口和玻璃光纤，其中，所述激光出光口布置在探头头端部的玻璃平片的外围；所述玻璃光纤均匀布置于所述不锈钢管外侧的壁面。本发明的探头集光纤成像、热膜测速和光源传输三大主要部分于一体，能够同时测量气固两相流中气体速度和颗粒速度大小，利用气体速度和颗粒速度差值得到颗粒滑移速度。

技术领域

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种测量气固两相流动颗粒滑移速度的探头及测量方法。

背景技术

流态化是一个适用于大规模生产的高效气固、液固或气液固三相操作过程，它的应用范围十分广泛，在化工、石化、冶金、能源、材料、生化、环保、制药等领域中，均有流态化的应用。与传统的反应器设备相比，流化床具有生产能力大、传热传质效率高、床温易控制、易于床料的加入和卸除，以流化床方式的焚烧技术则是开发时间相对较短、焚烧特性佳、仍在发展之中的先进焚烧技术。为了研究气固两相流动内部流场的情况，研究者通过对流场的实验测量和数值模拟等方法来了解流化床内的流动情况，取得了一些关于流场的相关数据，这为研究气固两相流动内部流场运动特性，调控流化床参数，指导流化床设计等都用非常重要的实际意义。

目前尽管通过实验测量和数值模拟的方法得到了一些流场内流动参数，但在应用过程中仍存在一些问题：(1)通过数值模拟得到的流场运动情况中，虽然得到了大致流场运动特征，但还是无法很好地与实际气固两相内流场匹配，模型没有很好的普适性，只能对特定流场和特定操作条件下进行模拟预测；(2)目前通过实验方法对流化床进行测量的方法比较多，但是也有很多弊端，对于稠密气固两相流中气体速度和颗粒速度的测量方法比较匮乏；(3)滑移速度对研究气固两相流动内介尺度非均匀结构具有非常重要的价值，目前测量气固两相特性参数的方法一般是分别测量气相和固相的特性参数，还没有同时对气固两相特性参数进行测量的实验装置。目前还没有能够测量气固两相流动颗粒滑移速度的设备，大大影响了对气固两相流动内，特别是稠密相区域颗粒非均匀结构的实验研究；目前的光纤探头在流场内部无法拍摄得到清晰的图像。

发明内容

发明目的：针对当前气固两相流动中，特别是稠密相区域颗粒滑移速度测量中所存在的问题，本发明提供一种测量气固两相流动颗粒滑移速度的探头及测量方法，能够同时测量某一局部区域气体速度和颗粒速度，利用气体速度和颗粒速度差值得到颗粒滑移速度。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明提出了一种测量气固两相流动颗粒滑移速度的探头，包括光纤成像单元、热膜测速单元和光源传输单元，其中，

所述光纤成像单元包括内窥镜物镜、反光罩、玻璃平片和石英光纤，所述内窥镜物镜布置于探头头端部的中间，所述探头头端部位于整个探头的前端，所述反光罩安装于所述内窥镜物镜的前端，所述反光罩的前端用所述玻璃平片封口；所述石英光纤与所述内窥镜物镜的后端相连；所述内窥镜物镜和石英光纤的外侧套设有内不锈钢管；在内不锈钢管的外侧包围有像束外包层；

所述热膜测速单元包括热膜传感器和微电路，所述热膜传感器设置于所述玻璃平片外围；所述微电路设置于预留管道中，所述预留管道设置于探头内侧并布置于所述内不锈钢管外侧，优选地，所述预留管道选用橡胶材料制成；

所述光源传输单元包括激光出光口和玻璃光纤，其中，所述激光出光口布置在探头头端部的玻璃平片的外围；所述玻璃光纤均匀布置于所述内不锈钢管外侧的壁面；所述玻璃光纤和石英光纤构成探头的光纤传输段，所述光纤传输段由主软管包裹，所述探头头端部与所述光纤传输段通过端部接圈连接。