[发明专利]气液两相流中气泡大小、数目和运动速度的测量方法

摘要

本发明涉及一种气液两相流中气泡大小、数目和运动速度的测量方法，超声波在液体中传播时，传播过程中无明显能量衰减，在气液两相流中传播时，由于气体的声阻抗比液体小很多,进而造成能量的损失，通过检测超声波的衰减程度及衰减时间，来确定气泡粒径的大小和气泡的运动速度，可获得一段时间内经过测量区的气泡个数。本发明测量系统结构简单、设备成本低，可实现在线测量，可用于实验室科学研究，特别适用于工业现场的应用，相比于其它原理的气泡测量方法如电容法、光电法等，超声波具有性能稳定、不受电路干扰、强的穿透力、可在光学不透明介质中传播并具有测量速度快，容易实现测量和数据的自动化等特点，具有非常明显的优势。

主权项

一种气液两相流中气泡大小、数目和运动速度的测量方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)、液体装置中气泡从下向上升，超声波发射换能器T1与超声波接收换能器R1正对，置于液体装置左右两侧，在激励电路作用下一侧的超声波发射换能器T1发出一束连续超声波，在另一侧超声波接收换能器R1接收声波信号，超声波发射换能器到接收换能器之间的柱形声波区域构成了测量区；当测量区中没有气泡通过时，超声波通过纯介质后由超声波接收换能器接收并记录，信号强度为I₀；当测量区中有气泡通过时，超声接收换能器R1接收到的声波信号减小，最小信号强度为I₁，算得声波衰减幅度ΔI＝I₀‑I₁；2)、根据步骤1)得到的声波衰减幅度ΔI和初始声波信号强度I₀，通过下述公式计算气泡的粒径d，单位mm：$d=KD\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}I}{I_0}}$其中，D为换能器端面直径，即声束直径，单位mm，K为比例修正系数，由实验图像法标定获得；3)、当有气泡经过测量区时，超声波会发生衰减，一个气泡表现为一个声束信号的凹陷，即超声接收换能器R1接收到的声波信号的一次衰减波动，从I₀衰减到最小信号强度为I₁后，又恢复到I₀，此时判断气泡离开测量区，声波信号从I₀衰减到最小信号强度为I₁再恢复到I₀所用时间为Δt,单位s，求得气泡的运动速度v,单位mm/s：$v=\frac{d+D}{\mathrm{\Δ}t}$其中，气泡经过测量区的时间Δt，由下式求得：$\mathrm{\Δ}t=\frac{N}{S}$式中，S为声波采样率，单位为个/秒，N为气泡开始进入至其完全离开测量区所采集到的声波数据个数；4)、通过对连续波信号衰减次数的计数，即对应于经过测量区的气泡个数，可获得一段时间内经过测量区的气泡个数，从而实现对气泡数目M的检测。