專(zhuān)利名稱(chēng)：一種化工領(lǐng)域多相混合流場(chǎng)均勻性的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種適應(yīng)于化工領(lǐng)域所有流體混合流場(chǎng)均勻性檢測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
混合是用機(jī)械的或流體動(dòng)力的方法，使兩種或多種物料相互分散而達(dá)到一定均勻程度的操作.其中涉及流體物料的，屬流體動(dòng)力過(guò)程?；旌显诨どa(chǎn)中的應(yīng)用十分普遍， 其目的主要是①制備各種均勻的混合物，如溶液、乳濁液、懸浮液及漿狀、糊狀或固體粉粒混合物等；②為某些單元操作或化學(xué)反應(yīng)過(guò)程提供良好的條件。在制備均勻混合物時(shí)，混合效果以混合物的混合程度即所達(dá)到的均勻性來(lái)衡量。在加速物理或化學(xué)過(guò)程時(shí)，混合效果常用傳質(zhì)總系數(shù)、傳熱系數(shù)或反應(yīng)速率增大的程度來(lái)衡量。不同物料經(jīng)過(guò)混合所達(dá)到的分散摻和的均勻程度的度量?；旌铣潭扰c所考察的尺度有關(guān)。為了對(duì)不同混合方法與混合設(shè)備加以評(píng)價(jià)和比較，可根據(jù)具體情況選擇適當(dāng)?shù)谋硎龇绞?。流體系統(tǒng)的混合程度，可用以下三種表述方式①調(diào)勻度物系在總體上，即在設(shè)備尺寸范圍內(nèi)的均勻性的度量。某組分的平均調(diào)勻度I是根據(jù)同一槽中幾個(gè)樣品求得的某組分的調(diào)勻度的算術(shù)平均值，可用以度量物系總體上的混合效果，但必須指明所取樣品的數(shù)量。②分隔尺度混合物系中被分散微團(tuán)大小的度量。在分隔尺度范圍內(nèi)，物質(zhì)是均相的或僅有一種物質(zhì)。分隔尺度愈小，說(shuō)明混合愈均勻。對(duì)于不互溶的物系，不可能達(dá)到分子級(jí)的分隔尺度。③分隔強(qiáng)度互溶物系在小尺度上的均勻性的度量。在混合操作過(guò)程中，混合液中存在的是不同大小和不同濃度的混合物微團(tuán)。這些混合物微團(tuán)濃度與平均濃度的差別就是分隔強(qiáng)度。分隔強(qiáng)度愈小，說(shuō)明物料混合愈充分，微團(tuán)間界面愈模糊。當(dāng)混合物料經(jīng)過(guò)分子擴(kuò)散已達(dá)到理想的混合狀態(tài)時(shí)，即達(dá)到所謂分子尺度的均勻時(shí)，分隔強(qiáng)度為零。在混合設(shè)備中，流體總體流動(dòng)的作用是提高混合物系的調(diào)勻度，而湍流脈動(dòng)則降低分隔尺度和分隔強(qiáng)度。因此采用先進(jìn)的測(cè)試手段和建立合理的數(shù)學(xué)模型獲取攪拌槽中的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)，以及采取有效的衡量流體混合效果的方法，不僅對(duì)混合設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義，而且對(duì)放大和混合的基礎(chǔ)研究具有現(xiàn)實(shí)的理論意義。近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了激光多普勒測(cè)速儀LDV和計(jì)算流體力學(xué)CFD模擬技術(shù)以及電子斷層成像技術(shù)等的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了流體混合技術(shù)飛快的發(fā)展，就目前看，衡量流體混合流場(chǎng)效果的方法眾多，主要有電導(dǎo)率法、熱電偶法、光學(xué)法、脫色法等，其中電導(dǎo)率法在低粘性流體的攪拌混合中應(yīng)用很廣，但對(duì)攪拌介質(zhì)的要求高，如要求攪拌介質(zhì)為去離子水；熱電偶法則對(duì)流場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生破壞；一般的光學(xué)法由于裝置復(fù)雜，應(yīng)用也較少；脫色法用來(lái)測(cè)高粘流體和粘彈性流體非常有效，但由于采用肉眼判斷，因而帶有較強(qiáng)的主觀性。如果采用經(jīng)典的最大李雅普諾夫指數(shù)法判斷混沌，其檢驗(yàn)指數(shù)小于等于0不能判斷是否混沌但有可能是混沌的，造成判斷上的盲區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服了上述方法的不足，提供一種具有較高的應(yīng)用價(jià)值的、簡(jiǎn)便可行的，速度快，實(shí)時(shí)性好，適應(yīng)性強(qiáng)的化學(xué)工業(yè)中多相流體混合流場(chǎng)均勻性的檢測(cè)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是利用混沌理論判斷流場(chǎng)分布均勻程度，自然界中混沌現(xiàn)象無(wú)處不在，因此本發(fā)明引入了混沌思想來(lái)檢驗(yàn)流場(chǎng)速度分布程度，對(duì)于流場(chǎng)區(qū)域空間連續(xù)性的進(jìn)行S形掃描提取灰度值時(shí)間序列，在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上滿(mǎn)足空間一致連續(xù)性，運(yùn)用該方法獲得的時(shí)間序列能有效的代表某時(shí)刻整個(gè)流動(dòng)區(qū)域的混合情況。目前，混沌理論已經(jīng)成功的被應(yīng)用到攪拌混合過(guò)程，節(jié)約了能源，提高了效率。具體方法是(1)利用三維粒子圖像測(cè)速儀(3D-PIV)來(lái)獲得多相攪拌混合的流場(chǎng)速度分布圖；( 利用(1)所得的速度分布圖連續(xù)地從上往下或者從左往右按照S形進(jìn)行掃描獲取不同顏色分布的灰度值時(shí)間序列，該灰度值的大小分布代表了該流場(chǎng)截面區(qū)域相對(duì)速度大小的分布；C3)將( 所得的相對(duì)速度大小分布的時(shí)間序列用O-Itest方法進(jìn)行混沌動(dòng)力系統(tǒng)檢測(cè)；(4)判斷是否混沌，從而判斷流場(chǎng)的均勻性及均勻程度。均勻程度采用檢測(cè)值與1的接近程度來(lái)判斷，判斷標(biāo)準(zhǔn)為位于
區(qū)間內(nèi)，則此時(shí)流場(chǎng)為非常均勻程度。
權(quán)利要求
1.一種化工領(lǐng)域多相混合流場(chǎng)均勻性的檢測(cè)方法，其特征在于該方法采用混沌理論以及混沌時(shí)間序列分析方法，具體步驟如下(1)利用三維粒子圖像測(cè)速儀(3D-PIV)來(lái)獲得多相攪拌混合的流場(chǎng)速度分布圖；( 利用(1)所得的速度分布圖連續(xù)地從上往下或者從左往右按照S形進(jìn)行掃描獲取不同顏色分布的灰度值時(shí)間序列，該灰度值的大小分布代表了該流場(chǎng)截面區(qū)域相對(duì)速度大小的分布；C3)將( 所得的相對(duì)速度大小分布的時(shí)間序列用O-Itest方法進(jìn)行混沌動(dòng)力系統(tǒng)檢測(cè)；(4)判斷是否混沌，從而判斷流場(chǎng)的均勻性及均勻程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化工領(lǐng)域多相混合流場(chǎng)均勻性的檢測(cè)方法，其特征在于均勻程度采用檢測(cè)值與1的接近程度來(lái)判斷，判斷標(biāo)準(zhǔn)為位于[0.7,0.8)區(qū)間內(nèi)，則定義流場(chǎng)為一般均勻程度；位于W.8，0.95)區(qū)間內(nèi)，則定義為中等均勻程度；位于W.95，l)區(qū)間內(nèi)，則定義為非常均勻程度。
全文摘要
本發(fā)明是一種化工領(lǐng)域多相混合流場(chǎng)均勻性的檢測(cè)方法。本發(fā)明主要應(yīng)用于化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)中判斷流體混合流場(chǎng)效果及理論上指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。具體是(1)利用三維粒子圖像測(cè)速儀(3D-PIV)來(lái)獲得多相攪拌混合的流場(chǎng)速度分布圖；(2)利用(1)所得的速度分布圖連續(xù)地從上往下或者從左往右按照S形進(jìn)行掃描獲取不同顏色分布的灰度值時(shí)間序列，該灰度值的大小分布代表了該流場(chǎng)截面區(qū)域相對(duì)速度大小的分布；(3)將(2)所得的相對(duì)速度大小分布的時(shí)間序列用0-1test方法進(jìn)行混沌動(dòng)力系統(tǒng)檢測(cè)；(4)判斷是否混沌，從而判斷流場(chǎng)的均勻性及均勻程度。本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單方便，且具有很高的實(shí)用價(jià)值，對(duì)化工實(shí)驗(yàn)中判斷混合流場(chǎng)效果及理論上指導(dǎo)攪拌反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，提供了一種可靠實(shí)用的檢測(cè)方法。
文檔編號(hào)G01N11/00GK102156085SQ201010574398
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者孟華, 徐建新, 朱道飛, 王仕博, 王 華, 范國(guó)鋒 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)