氧气混合设备流体力学测试方法与流程

本发明涉及一种氧气混合设备流体力学测试方法。

背景技术：

氧气与可燃气体混合过程广泛存在于氧化反应、富氧燃烧以及合成氨等过程，比如乙烯催化氧化制环氧乙烷工艺中，乙烯、甲烷等可燃气体与氧气按一定比例混合后，进入反应器。常见的可燃气体如乙烯、甲烷等在氧气中有较大的爆炸极限范围，气体混合过程要穿越可燃气体爆炸极限，如果两种气体不能快速高效混合，在局部形成浓度过高区域时存在发生燃爆的危险。

目前多数氧混合设备均采用射流混合技术(如cn101848759a，cn104084065a)，即氧气与可燃气体并流或错流接触，氧气通过喷嘴或小孔高速射流进入可燃气主体中，通过射流卷吸效应完成气气混合。氧混合设备的结构性能直接决定气体混合效果，如果不能快速混合均匀，存在发生燃爆的危险，因此在氧混合设备设计完成后投入生产前，有必要对氧混合设备的性能进行测试，掌握其射流混合规律，为设备进一步改进优化提供重要参数，确保氧混合设备的混合效果。

如果直接以可燃气体和氧气为介质进行气体混合实验，安全隐患较大，且要配套下游气体回收处理系统；此外采用气体混合不容易观测到射流迹线。本发明采用水为介质，对氧混合设备建立流体力学测试装置，通过考察水射流过程的流型变化和射流速度分布，获取氧混合设备的基本参数。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中安全隐患较大、不容易观测到射流迹线的问题，提供一种新的氧气混合设备流体力学测试方法。该方法用于氧气混合设备流体力学测试中，具有安全隐患较小、容易观测到射流迹线的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种氧气混合设备流体力学测试方法，以水为介质，采用氧气混合设备的流体力学测试装置进行流体力学测试，所述装置主要包 括至少一台氧气混合设备、支架、水槽、水过滤器、溢流板、流量计、水泵，水槽中的水经过滤器，由循环水泵抽出后，分别进入氧气混合设备的进料管线，循环水从氧气混合设备的若干小孔射流喷出，采用摄像机实时拍摄，记录小孔射流的流动状态和迹线，根据所拍摄小孔射流迹线与竖直垂线的相对位置，以确定射流迹线的垂直度；在氧气混合设备小孔射流出口处通过软管与收集装置连接，软管出水口与计量容器相连，通过计量一定时间内的流出水质量，计算获得各个小孔的射流速度，通过测试不同位置小孔的速度获得射流速度分布状况。

上述技术方案中，优选地，所述循环水的总流量和各分支管路的流量通过流量计和阀门进行测量和控制。

目前没有一套有效的射流混合氧气混合设备流体力学性能测试方法。如果采用气体作为介质，难以观测到小孔射流迹线，且浓度场测量不方便。本发明提出了一种以水为介质的氧气混合设备流体力学性能测试方法，通过对氧混合设备建立循环流程，能够获得小孔的射流迹线和各孔速度分布，所得技术参数能够为设备进一步改进优化提供重要指导，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为单个氧气混合设备流体力学测试流程图；

图1中，1为离心泵；2为过滤器；3为截止阀；4为压力表；5为流量计；6为氧气混合设备；7为支架；8为水槽；9为溢流板；10为摄像机；11为软管。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

一种氧气混合设备流体力学测试方法，以水为介质，采用氧气混合设备的流体力学测试装置进行流体力学测试，所述装置主要包括一台氧气混合设备、支架、水槽、水过滤器、溢流板、流量计和水泵等。水槽中的水经溢流板、过滤器，由循环水泵抽出后，分别进入氧气混合设备的进料管线，所述循环水的总流量和各分支管路的流量通过流量计和阀门进行测量和控制，循环水从氧气混合设备的若干小孔射流喷出，采用摄像机实时拍摄，记录小孔射流的流动状态和迹线，根据所拍摄小孔射流迹线与竖直垂线的相对位置，以确定射流迹线的垂直度；在氧气混合设备小孔射流出口处通过软管与收集装置连接，软管出水口 与计量容器相连，通过计量一定时间内的流出水质量，计算获得各个小孔的射流速度，通过测试不同位置小孔的速度获得射流速度分布状况。

如图1所示，启动离心泵1前首先关闭泵出口处的截止阀3，然后逐渐打开泵出口阀门，水槽8内的水经过滤器2除去较大杂质后进入离心泵，出离心泵的水一部分回流到水槽内，其余沿进料管线进入氧气混合设备6，水从氧气混合设备6射流进入水槽完成循环。通过调节氧气混合设备进料管线和旁路管线上的阀门，使得氧气混合设备入口处水流压力在0.02-0.05mpa范围内。

小孔射流流型的测试步骤：

1)打开循环水泵，调节氧气混合设备进料管线上的阀门，使设备入口处压力达到要求；

2)观察射流线之间是否平行，与垂线之间是否存在夹角，并用摄像机记录；

3)改变进水流量和压力，考察不同射流状态下的流型；

4)实验结束先后关闭泵出口阀和循环水泵电源，排干管路残留水。射流速度分布的测量步骤：

1)打开循环水泵，调节氧气混合设备氧气进料两路管线上的阀门，使设备入口处压力达到要求；

2)氧气混合设备小孔射流出口通过软管11与收集装置连接，软管出水口与计量容器相连；

3)计量某一段时间内的水量，计算获得各个小孔的射流速度；

4)测试不同位置小孔的射流速度，获得射流速度分布状况；

实验结束先后关闭泵出口阀和循环水泵电源，排干管路残留水。

【实施例2】

按照实施例1所述的条件和步骤，只是流体力学测试装置包括两台氧气混合设备，以对比同等条件下不同设备的流体力学性能。

目前对氧气混和设备的加工精度、流体力学性能评估没有一套行之有效的测试方法，本发明提供一种以水为介质的流体力学测试方法，能够观测氧混合设备小孔射流流型、速度分布，从而验证设备的加工进度和混合效果，比直接采用气体进行实验更为安全、有效。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种氧气混合设备流体力学测试方法，主要解决现有技术中安全隐患较大、不容易观测到射流迹线的问题。本发明通过采用一种氧气混合设备流体力学测试方法，水槽中的水经过滤器、循环水泵后分别进入氧气混合设备的进料管线，循环水从氧气混合设备的若干小孔射流喷出，采用摄像机实时拍摄，记录小孔射流的流动状态和迹线，并测量各孔流量分布。根据所拍摄小孔射流迹线与竖直垂线的相对位置，以确定射流迹线的垂直度的技术方案较好地解决了上述问题，可用于氧气混合设备流体力学测试中。

技术研发人员：刘静如;王振刚;张帆;徐伟;石宁
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院
技术研发日：2016.03.22
技术公布日：2017.09.29