专利名称：一种化工领域多相混合流场均匀性的检测方法
技术领域：
本发明涉及化学工程技术领域，具体地说是一种适应于化工领域所有流体混合流场均勻性检测的方法。
背景技术：
混合是用机械的或流体动力的方法，使两种或多种物料相互分散而达到一定均勻程度的操作.其中涉及流体物料的，属流体动力过程。混合在化工生产中的应用十分普遍， 其目的主要是①制备各种均勻的混合物，如溶液、乳浊液、悬浮液及浆状、糊状或固体粉粒混合物等；②为某些单元操作或化学反应过程提供良好的条件。在制备均勻混合物时，混合效果以混合物的混合程度即所达到的均勻性来衡量。在加速物理或化学过程时，混合效果常用传质总系数、传热系数或反应速率增大的程度来衡量。不同物料经过混合所达到的分散掺和的均勻程度的度量。混合程度与所考察的尺度有关。为了对不同混合方法与混合设备加以评价和比较，可根据具体情况选择适当的表述方式。流体系统的混合程度，可用以下三种表述方式①调勻度物系在总体上，即在设备尺寸范围内的均勻性的度量。某组分的平均调勻度I是根据同一槽中几个样品求得的某组分的调勻度的算术平均值，可用以度量物系总体上的混合效果，但必须指明所取样品的数量。②分隔尺度混合物系中被分散微团大小的度量。在分隔尺度范围内，物质是均相的或仅有一种物质。分隔尺度愈小，说明混合愈均勻。对于不互溶的物系，不可能达到分子级的分隔尺度。③分隔强度互溶物系在小尺度上的均勻性的度量。在混合操作过程中，混合液中存在的是不同大小和不同浓度的混合物微团。这些混合物微团浓度与平均浓度的差别就是分隔强度。分隔强度愈小，说明物料混合愈充分，微团间界面愈模糊。当混合物料经过分子扩散已达到理想的混合状态时，即达到所谓分子尺度的均勻时，分隔强度为零。在混合设备中，流体总体流动的作用是提高混合物系的调勻度，而湍流脉动则降低分隔尺度和分隔强度。因此采用先进的测试手段和建立合理的数学模型获取搅拌槽中的速度场、温度场和浓度场，以及采取有效的衡量流体混合效果的方法，不仅对混合设备的优化设计具有十分重要的经济意义，而且对放大和混合的基础研究具有现实的理论意义。近年来，随着科技的发展，出现了激光多普勒测速仪LDV和计算流体力学CFD模拟技术以及电子断层成像技术等的广泛应用，促进了流体混合技术飞快的发展，就目前看，衡量流体混合流场效果的方法众多，主要有电导率法、热电偶法、光学法、脱色法等，其中电导率法在低粘性流体的搅拌混合中应用很广，但对搅拌介质的要求高，如要求搅拌介质为去离子水；热电偶法则对流场会产生破坏；一般的光学法由于装置复杂，应用也较少；脱色法用来测高粘流体和粘弹性流体非常有效，但由于采用肉眼判断，因而带有较强的主观性。如果采用经典的最大李雅普诺夫指数法判断混沌，其检验指数小于等于0不能判断是否混沌但有可能是混沌的，造成判断上的盲区。
发明内容
本发明的目的是克服了上述方法的不足，提供一种具有较高的应用价值的、简便可行的，速度快，实时性好，适应性强的化学工业中多相流体混合流场均勻性的检测方法。本发明的技术方案是利用混沌理论判断流场分布均勻程度，自然界中混沌现象无处不在，因此本发明引入了混沌思想来检验流场速度分布程度，对于流场区域空间连续性的进行S形扫描提取灰度值时间序列，在拓扑结构上满足空间一致连续性，运用该方法获得的时间序列能有效的代表某时刻整个流动区域的混合情况。目前，混沌理论已经成功的被应用到搅拌混合过程，节约了能源，提高了效率。具体方法是(1)利用三维粒子图像测速仪(3D-PIV)来获得多相搅拌混合的流场速度分布图；( 利用(1)所得的速度分布图连续地从上往下或者从左往右按照S形进行扫描获取不同颜色分布的灰度值时间序列，该灰度值的大小分布代表了该流场截面区域相对速度大小的分布；C3)将( 所得的相对速度大小分布的时间序列用O-Itest方法进行混沌动力系统检测；(4)判断是否混沌，从而判断流场的均勻性及均勻程度。均勻程度采用检测值与1的接近程度来判断，判断标准为位于
区间内，则此时流场为非常均勻程度。
权利要求
1.一种化工领域多相混合流场均勻性的检测方法，其特征在于该方法采用混沌理论以及混沌时间序列分析方法，具体步骤如下(1)利用三维粒子图像测速仪(3D-PIV)来获得多相搅拌混合的流场速度分布图；( 利用(1)所得的速度分布图连续地从上往下或者从左往右按照S形进行扫描获取不同颜色分布的灰度值时间序列，该灰度值的大小分布代表了该流场截面区域相对速度大小的分布；C3)将( 所得的相对速度大小分布的时间序列用O-Itest方法进行混沌动力系统检测；(4)判断是否混沌，从而判断流场的均勻性及均勻程度。
2.根据权利要求1所述的化工领域多相混合流场均勻性的检测方法，其特征在于均勻程度采用检测值与1的接近程度来判断，判断标准为位于[0.7,0.8)区间内，则定义流场为一般均勻程度；位于W.8，0.95)区间内，则定义为中等均勻程度；位于W.95，l)区间内，则定义为非常均勻程度。
全文摘要
本发明是一种化工领域多相混合流场均匀性的检测方法。本发明主要应用于化学工程实验中判断流体混合流场效果及理论上指导实验的设计。具体是(1)利用三维粒子图像测速仪(3D-PIV)来获得多相搅拌混合的流场速度分布图；(2)利用(1)所得的速度分布图连续地从上往下或者从左往右按照S形进行扫描获取不同颜色分布的灰度值时间序列，该灰度值的大小分布代表了该流场截面区域相对速度大小的分布；(3)将(2)所得的相对速度大小分布的时间序列用0-1test方法进行混沌动力系统检测；(4)判断是否混沌，从而判断流场的均匀性及均匀程度。本发明的方法简单方便，且具有很高的实用价值，对化工实验中判断混合流场效果及理论上指导搅拌反应器的设计，提供了一种可靠实用的检测方法。
文档编号G01N11/00GK102156085SQ201010574398
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者孟华, 徐建新, 朱道飞, 王仕博, 王 华, 范国锋 申请人:昆明理工大学