[发明专利]一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法

说明书

本发明提供一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法，本发明系统，包括：用于为流体流动提供重力和离心力复合力场的螺旋溜槽分选装置、用于实现螺旋溜槽中流体的平稳输送与闭路循环、减少流量波动、提高测试精度的流体输送与循环装置和用于测量螺旋溜槽中流体质点的流速、流膜厚度、流态分布的流速测试装置；本发明方法，根据多普勒信号和流速的变化规律判断槽底及气液界面的位置，两者垂向高差即为流膜厚度；根据流膜厚度确定测速区间路径，并通过调节激光的入射角度，获取流体质点的三维速度，进而计算雷诺数并确定流态分布。本发明解决了传统流态测量中因流场易被干扰，空间分辨率低导致的测量精度低，误差大等问题。

技术领域

本发明涉及螺旋溜槽中薄膜流检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法。

背景技术

重选具有绿色环保的优点，螺旋溜槽是利用离心惯性力和重力复合力场对矿物进行分选的一种重选设备，它具有结构简单、安装与操作简易、运转可靠、低耗高效、分矿清楚，便于维护管理等诸多优点，在矿产资源分选现场得到了广泛应用。螺旋溜槽良好的分选效果受益于其独特的流场特性，因此查明螺旋溜槽中的流场特征是进一步加强分选效果的关键。

水流流态是螺旋溜槽流场特征参数之一，它受影响于螺旋溜槽结构参数和操作条件的共同作用。在螺旋溜槽工作过程中，水流流态沿径向由内向外依次呈现出层流、过渡流和湍流三种流态。流态不同，支持颗粒悬浮的法向作用力有所不同。研究表明，湍流状态下颗粒的松散分层主要依靠法向湍流脉动作用，而层流状态下则主要依靠拜格诺效应产生的分散压来维持物料的悬浮。适当的湍流强度有利于粗颗粒的悬浮，然而当湍流区域过大时，极易造成细粒有用矿物的损失。因此查清螺旋溜槽中的流态分布可为深入揭示矿床松散分层机理提供依据。螺旋溜槽中的流态分布可以根据明渠流动的雷诺数Re来判定，当Re500时为层流，500Re750时为过渡流，Re750时为湍流。Re与液流流速、流膜厚度、流体黏度和密度密切相关。在特定的分选条件下，流体黏度及其密度值是确定的，因此需要进一步获取的参量即为液流流速和流膜厚度。传统的水流流态测量方法(如毕托管法和电解质跟踪法等)均为流场接触式测量，这在一定程度上会破坏流场的稳定性，尤其对于螺旋溜槽内缘的薄膜流(流膜厚度小于1mm)来说，其抗干扰能力很弱，微小波动都会引起测量误差或错误。另外，这些测量方法的空间分辨率也较低，无法保证较高的测量精度。

发明内容

根据上述提出现有测试技术中存在的空间分辨率低、流场易被干扰等技术问题，而提供一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统与方法。本发明系统与方法具有测量范围广、对流场无干扰、空间分辨率高等优点，极大地提高了水流流态的测量精度，为揭示螺旋溜槽分选机制及生产过程调控奠定基础。

本发明采用的技术手段如下：

一种螺旋溜槽中流膜厚度及流态分布测试系统，包括：螺旋溜槽分选装置、流体输送与循环装置和流速测试装置；

所述螺旋溜槽分选装置包括螺旋溜槽、给料装置和导流装置；所述给料装置与所述螺旋溜槽的顶部端口螺栓连接，所述导流装置与所述螺旋溜槽的末端螺栓连接；

所述流体输送与循环装置包括高位水箱、接料桶和蠕动泵；所述蠕动泵连接接料桶，用于将所述接料桶中的流体输送至所述高位水箱；

所述流速测试装置包括计算机处理器、坐标控制器、激光控制器、坐标架和激光探头，所述计算机处理器、坐标控制器、激光控制器、坐标架和激光探头实现电连接；所述坐标控制器控制所述坐标架三维移动，所述激光控制器控制所述激光探头发射激光的数量及强弱，所述计算机处理器处理测试数据。

进一步地，所述导流装置的宽度与所述螺旋溜槽的槽面宽度一致，末端向下倾斜15°。

进一步地，所述螺旋溜槽的直径为300mm，螺距为240mm，圈数为5圈。