专利名称：浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度的测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种气泡尺寸与运动速度的测量装置及方法，尤其一种浓相气固流化 床中气泡尺寸与运动速度的测量装置及方法。
背景技术：
我国的煤炭资源主要分布在山西、陕西、内蒙、新疆等干旱缺水地区，采用湿法选 煤的技术难度很大，因此开发和推广高效干法选煤技术迫在眉睫。基于气固多相流的浓 相高密度流化床具有应用范围广、分选效率高、环境污染小等优势，逐渐应用于干法选煤领 域。该流化床主要是通过气固两相的充分接触和稳态流动形成床层内各点密度均匀稳定的 准散式鼓泡流化床，为煤炭颗粒按密度分层分离提供良好的环境。气泡尺寸与运动速度等 行为是判断流化床处于准散式流化状态和密度是否保持均匀稳定的重要依据，从而对原煤 的按密度分离行为产生至关重要的影响。目前针对浓相气密多相流，特别是浓相气固流化 床中气泡尺寸与运动速度的测量研究很少。发明内容
技术问题本发明的目的是针对煤炭干法分选采用的浓相气固高密度流化床，提 供一种结构简单、操作方便、易控制、测量精度高、可靠性好、应用范围广的浓相气固流化床 中气泡尺寸与运动速度的测量装置及方法。
技术方案本发明的浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度的测量装置，在气固 流化床的下部设置布风气室和气流分布板，气固流化床的底部与转子流量计、风压控制装 置、风包和风机顺序连接，在气固流化床的侧面连接有动态压差测量装置，实时监测床层压 降的波动情况；气固流化床内放置磁铁矿粉为主的分选介质，流化床正面位置安装高速动 态摄像机，摄像机的镜头可自动调节拍摄范围来获取不同高度床层平面的气泡运动状态; 高速动态摄像机与数据信号显示器、数据采集输出及存储装置顺序连接，气泡运动信息可 实时采集传递到后续的数据存储及分析系统；采用数据处理分析软件对采集存储的数据进 行动态分析计算，即可获得流化床中任意床层高度处的气泡尺寸与运动速度。
所述高速动态摄像机的拍摄范围覆盖整个流化床模型区域。
气泡尺寸与运动速度的测量方法，气泡尺寸与运动速度的测量方法，首先调节气 固流化床中的静止床层高度，静止床层高度的高为整体床层高度的3/5，依次选取粒度分 别为-O. 3+0. 15mm, -O. 15+0. 074mm与-O. 074+0. 045mm的高密度磁铁矿粉中的任一种加入 气固流化床中，开启风机，通入的压缩空气经气流分布板均匀布风后，进入流化床体，使气 固流化床内的高密度磁铁矿粉产生流化，待高密度磁铁矿粉完全流化后，开启动态压差测 量装置，检测床层压降的波动情况，所述的动态压差测量装置实时监测床层压降的波动情 况，以便随时通过调节转子流量计来控制操作气速，保证气泡尺寸与运动速度测量结果的 稳定可靠，通过调节转子流量计控制气速波动范围，经过30秒，在高密度磁铁矿粉流化稳 定后，流化床内产生均匀稳定的气泡流，且以微小气泡和小气泡为主；将高速动态摄像机的镜头调节至流化床，床层高度为5cm的位置处，对穿过整个床层截面的气泡运动状态进行 拍摄捕捉；连续拍摄获取气泡在IOs时间段内的运动信息，即时显示在数据信号显示器上， 并传递到数据采集输出及存储装置；调整高速动态摄像机的拍摄位置，对流化床模型床层 高度为5-28cm的区间内的气泡运动状态进行拍摄捕捉，并将有效的气泡运动信息全部传 递至数据采集输出及存储装置；待对不同床高位置的气泡运动信息全部采集完成后，采用 Matlab数据分析软件对数据采集输出及存储装置内的气泡运动信息进行全面计算分析，即 可获得流化床中任意床层高度处的气泡尺寸与运动速度。
所述的高速动态摄像机与数据信号显示器、数据采集输出及存储装置联合使用， 实时观察检测气泡在气固流化床中的运动变化情况。
有益效果，由于采用了上述方案，采用高速动态摄像机对气泡运动行为进行捕捉 拍摄，分辨率高，拍摄帧数大，有效避免了由于气泡尺寸变化频率高、运动速度快造成的图 像捕捉误差；高速动态摄像机与数据信号显示器、数据采集输出及存储设备连接，即时将拍 摄捕捉到的气泡运动信息进行显示和采集反馈，有效避免了由于信号延迟产生的气泡运动 信息接收误差，提高了测量精度；捕捉拍摄到的气泡运动信息即时显示到数据信号显示器 上，可随时观测气泡流的形状、尺寸及运动状态，并根据气泡运动行为调整操作参数，使流 化床保持持续产生微泡和小泡的准散式流化状态；数据采集输出及存储装置内的气泡信息 可采用数据处理分析软件进行精确计算处理，获得气泡尺寸与运动速度的有效数据。应用 浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度的测量装置及方法，有效解决了流化床内无规则运 动气泡的尺寸变化与运动速度无法直接测量的瓶颈，同时提高了测量精度，测量误差很小， 具有结构简单、控制方便、可靠性好的特点，可广泛应用于其它浓密气固多相流中气泡流尺 寸变化规律与运动速度的准确测量。
优点本测量装置及方法结构简单、操作方便、易控制、测量精度高、可靠性好，能 实现浓密气固多相流中气泡尺寸与运动速度的准确测量，应用范围广，适用于浓相气固流 化床中气泡运动行为的测量，也适用于其它浓密气固多相流中气泡运动行为的测量，对气 固流化床分选密度的准确预测计算与分选操作参数的选取具有重要的价值和意义。
图1是本发明的浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度测量装置的工作结构图。
图中1、风机；2、风包；3、风压控制装置；4、转子流量计；5、布风气室；6、气流分 布板；7、气固流化床；8、动态压差测量装置；9、高速动态摄像机；10、数据信号显示器；11、 数据采集输出及存储装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述实施例1:本发明的浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度测量装置有测量装置和测量方法。
气泡尺寸与运动速度测量装置，在气固流化床7的下部设置布风气室5和气流分 布板6，气固流化床的底部与转子流量计4、风压控制装置3、风包2和风机I顺序连接，在气 固流化床的侧面连接有动态压差测量装置8 ;在气固流化床的正面前部设置高速动态摄像机9，调整到最佳的拍摄角度与位置；高速动态摄像机9与数据信号显示器10、数据采集输 出及存储装置11顺序连接，拍摄捕捉到的气泡运动信息可实时传递到数据信号显示器10 上。
所述的高速动态摄像机9与数据信号显示器10、数据采集输出及存储装置11联合 使用，实时观察检测气泡在气固流化床7中的运动变化情况。
气泡尺寸与运动速度测量方法，首先调节气固流化床7中的静止床层高度，静止 床层高度的高为整体床层高度的3/5，静止床层高度是把高密度磁铁矿粉加入流化床以后 呈现的表观高度，依次选取粒度分别为-O. 3+0. 15mm, -O. 15+0. 074mm与-O. 074+0. 045mm的 高密度磁铁矿粉中的任一种加入气固流化床7中，开启风机，通入的压缩空气经气流分布 板6均匀布风后，进入流化床体，使气固流化床7内的高密度磁铁矿粉产生流化，待高密度 磁铁矿粉完全流化后，开启动态压差测量装置8，检测床层压降的波动情况，所述的动态压 差测量装置8实时监测床层压降的波动情况，以便随时通过调节转子流量计4来控制操作 气速，保证气泡运动信息测量结果的稳定可靠，通过调节转子流量计控制气速波动范围，经 过30秒，在高密度磁铁矿粉流化稳定后，流化床内产生均匀稳定的气泡流，且以微小气泡 和小泡为主；将高速动态摄像机9的镜头调节至流化床，床层高度为5cm的位置处，对穿过 整个床层截面的气泡运动状态进行拍摄捕捉；连续拍摄获取气泡在IOs时间段内的运动信 息，即时显示在数据信号显示器10上，并传递到数据采集输出装置11 ;调整高速动态摄像 机的拍摄位置，对流化床模型床层高度为5-28cm的区间内的气泡运动状态进行拍摄捕捉， 并将有效的气泡运动信息全部传递至数据采集输出装置11 ;待对不同床高位置的气泡运 动状态全部采集完成后，采用数据分析软件对数据采集输出及存储装置11内的气泡信息 进行全面计算分析，即可获得气固流化床7中任意床层高度处的气泡尺寸与运动速度。
所述的数据信号显示器10与数据采集输出及存储装置11联合使用，实时检测气 泡在气固流化床7中的运动变化情况。
本发明的浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度测量装置，主要由气固流化床7、 布风气室5、气流分布板6、高速动态摄像机9、数据信号显示器10、数据采集输出及存储装 置11构成。气固流化床7通过布风气室5与供风系统连接，通过转子流量计4来调节气流 通量；高速动态摄像机9与数据信号显示器10紧密联接，保证显示的实时性；数据信号显 示器10与数据采集输出及存储装置11紧密联接，也保证了气泡运动信息的实时可靠传递 存储；动态压差测量装置8安装在气固流化床7的侧壁，实时检测流化床的压降波动情况， 对调节稳定气速具有重要作用。
本发明的浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度的测量方法分别采用-O. 3+0. 15mm, -O. 15+0. 074mm与-O. 074+0. 045mm的高密度磁铁矿粉作为流 化床的加重质。首先将-O. 3+0. 15mm的粗粒级高密度磁铁矿粉加入到气固流化床7中，调 节静床高为整体床层高度的3/5，开启风机1，通过供风系统向气固流化床7的布风气室5 通入压缩空气，压缩空气在气流分布板6的均匀布风作用下，使气固流化床7中的高密度 磁铁矿粉产生流化；开启动态压差测量装置8，检测床层压降的波动情况；当流化状态稳定 后，调整闻速动态摄像机9处于最佳拍摄角度和位直，开启摄像机，摄像机将即时拍摄捕捉 某一床层高度的气泡运动信息；经过一段时间，待捕捉到的气泡运动情况保持相对稳定后， 开启数据信号显示器10和数据采集输出及存储装置11，观察气泡运动行为的输出情况，并记录气泡运动信息的实时数据值；通过调节转子流量计4来控制操作气速的范围，在不同操作气速下，获取气泡流在气固流化床7中的运动行为情况；采取同样的操作流程分别对-O. 15+0. 074mm与-O. 074+0. 045mm的细粒级高密度磁铁矿粉作为加重质的流化床中，气泡流在气固流化床7中的气泡尺寸与运动速 度进行测量。
权利要求
1.浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度的测量装置，其特征在于气泡尺寸与运动速度的测量装置，在气固流化床的下部设置布风气室和气流分布板，气固流化床的底部与转子流量计、风压控制装置、风包和风机顺序连接，在气固流化床的侧面连接有动态压差测量装置；气固流化床内放置磁铁矿粉为主的分选介质，流化床正面位置安装高速动态摄像机，摄像机的镜头可自动调节拍摄范围来获取不同高度床层平面的气泡运动状态；高速动态摄像机与数据信号显示器、数据采集输出及存储装置顺序连接，气泡运动信息可实时采集输出并可实现数据及时全面存储；采用Matlab数据处理分析软件对采集存储的数据进行动态分析计算，即可获得流化床中任意床层高度处的气泡尺寸与运动速度。
2.根据权利要求1所述的浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度的测量装置，其特征在于所述的气泡运动状态信息经高速动态摄像机捕捉拍摄后，可即时显示在数据信号显示器上，并实时传递到数据采集输出及存储装置上，实现动态数据及时全面存储。
3.根据权利要求1所述的浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度的测量装置，其特征在于所述高速动态摄像机的拍摄范围覆盖整个流化床模型区域。
4.一种浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度的测量方法，其特征是气泡尺寸与运动速度的测量方法，首先调节气固流化床中的静止床层高度，静止床层高度的高为整体床层高度的3/5，依次选取粒度分别为-O. 3+0. 15mm, -O. 15+0. 074mm与-O. 074+0. 045mm的高密度磁铁矿粉中的任一种加入气固流化床中，开启风机，通入的压缩空气经气流分布板均匀布风后，进入流化床体，使气固流化床内的高密度磁铁矿粉产生流化，待高密度磁铁矿粉完全流化后，开启动态压差测量装置，检测床层压降的波动情况，所述的动态压差测量装置实时监测床层压降的波动情况，以便随时通过调节转子流量计来控制操作气速，保证气泡尺寸与运动速度测量结果的稳定可靠，通过调节转子流量计控制气速波动范围，经过30秒，在高密度磁铁矿粉流化稳定后，流化床内产生均匀稳定的气泡流，且以微小气泡和小气泡为主；将高速动态摄像机的镜头调节至流化床，床层高度为5cm的位置处，对穿过整个床层截面的气泡运动状态进行拍摄捕捉；连续拍摄获取气泡在IOs时间段内的运动信息，即时显示在数据信号显示器上，并传递到数据采集输出及存储装置；调整高速动态摄像机的拍摄位置，对流化床模型床层高度为5-28cm的区间内的气泡运动状态进行拍摄捕捉，并将有效的气泡运动信息全部传递至数据采集输出及存储装置；待对不同床高位置的气泡运动信息全部采集完成后，采用Matlab数据分析软件对数据采集输出及存储装置内的气泡运动信息进行全面计算分析，即可获得流化床中任意床层高度处的气泡尺寸与运动速度。
5.根据权利要求4所述的浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度的测量方法，其特征是所述的高速动态摄像机与数据信号显示器、数据采集输出及存储装置联合使用，实时观察检测气泡在气固流化床中的运动变化情况。
全文摘要
一种浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度的测量装置及方法，属于气泡运动行为的测量装置及方法。装置由气固流化床、布风气室、气流分布板、高速动态摄像机、数据信号显示器、数据采集输出及存储装置构成。将高密度磁铁矿粉加重质静置于气固流化床体中，压缩空气经布风，流化床内产生均匀稳定的气泡流，调节置于流化床前部的高速动态摄像机，穿过某一床层平面的气泡运动图像，图像信息即时显示在数据信号显示器上，并连续传递至数据采集输出及存储装置，精确计算处理后可获得气泡尺寸与运动速度的有效数据。该测量装置及方法结构简单、操作方便、易控制、测量精度高、可靠性好，能实现稳态气固多相流中单个气泡准确测量和精确预测，应用范围广。
文档编号G01B11/00GK103047932SQ20121055065
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者贺靖峰, 赵跃民, 何亚群, 段晨龙, 骆振福 申请人:中国矿业大学