分离丝网气泡过滤特性测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种通过分离丝网对气泡过滤特性的测量装置。

背景技术：

气液分离技术在石油、水利工程、流体机械等领域广泛应用，通过设置气液分离装置能够有效减少液体中的气体对设施造成的不良影响的同时提高机械的工作效率。特别是在流体机械中，气液分离技术能够显著提高自吸式离心泵、旋涡泵等预灌自吸式泵产品的自吸能力并缩短自吸时间。由于泵体在工作中蜗壳内的液体不断被叶栅击碎，在叶轮的高速旋转下液体与空气搅拌混合生成的气水混合物在分离室内无法完全将空气从出口管处排出，余下的气水混合物将再次被夹带回蜗壳内，从而增加了自吸式泵的自吸时间，降低了其工作效率。另外，喷射泵在工作时产生气泡，容易发生气蚀，造成一系列负效应，如效率急剧下降，声学噪声，部件振动，机械侵蚀等，并且还会导致流体动力学阻力的增加。在较长时间的空化条件下，继续使用会导致喷射泵疲劳破裂，进而缩短泵的使用寿命。这些不利的弊端制约了一系列射流泵更广泛的市场应用，也是射流泵的瓶颈。因此设计一种简便装置来提高气液分离技术尤为重要。

目前有离心力分离、重力沉降分离、聚结分离等多种气液分离技术。传统的分离气泡方法有油箱自然去除法，依靠气泡自身克服液体摩擦力上浮到液面，从液体中分离出去；强制式气泡去除装置是在离心力的作用下将气泡送往工作腔最小直径处，通过排气管将气泡导出。设置分离网能够阻隔气相同时不影响液相的流动体积，使得气相和液相被分离以在两个不同区域中流动。其在解决气液分离等问题的同时也能够解决传热等问题，亲水的分离丝网可以提高沸腾临界热通量。传统的丝网被动分离装置往往在气泡上升方向放置丝网，观察丝网对垂直上升的气泡的阻隔作用。但在实际应用中，气泡在运动过程中的上升速度不仅仅是垂直方向的，气泡与气泡间或者液体流动对气泡施加作用力增大了对气泡运动特性研究的复杂性。因此，在大尺度气泡存在下的高速运动，如泵内流场中的气泡运动等复杂流动环境下，如何有效提升气液分离效率，如何给气泡提供一个均匀稳定可调的水平速度并合理控制制造成本，则需要根据新的理论研究基础上提出一种经济有效的新型气液分离装置，并对其性能进行定量分析。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供了一种丝网气泡过滤特性测量装置。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为：

本实用新型包括循环水槽、喷嘴、高速相机和均匀光源，在所述的循环水槽内设置有分离丝网，在所述的循环水槽底部设置有用于产生气泡的喷嘴，所述的喷嘴位于分离丝网的上游，所述的循环水槽一侧设置有高速相机，另一侧设置有均匀光源；所述的分离丝网垂直于来流方向，且可在来流方向上调整与所述的喷嘴的距离。

进一步说，所述的循环水槽与外部水箱通过收缩段连接，外部水箱内设置有整流装置。

进一步说，所述的分离丝网由网架固定，所述网架紧贴水槽壁面，并充满该壁面所在的横截面的。

进一步说，所述的喷嘴通过连接气管、精密流量调节阀与注射泵连接，通过设置注射泵流量以及调节精密流量调节阀控制气泡的生成。

进一步说，所述的分离丝网距离喷嘴出口距离为0.01L-0.1L，L为循环水槽长度。

进一步说，所述的喷嘴标称直径D1为0.8～4 mm。

进一步说，所述的分离丝网中单个网格最小特征尺度D2为0.6 D1,，确保单个网格的最小特征尺度小于单个气泡的最小直径；所述的分离丝网中单个网格最大特征尺度D2为3 D1, ，D1,为最大喷嘴标称直径。

本实用新型与现有技术相比，具有的有益效果是：

1、针对目前的分离技术去除气泡效果仍然没有达到理想的状态，去除气泡装置体积比较大，提供了一种基于分离丝网气泡过滤特性测量装置。分离丝网的存在不会影响腔体内液体的流动性能，即在有效过滤气泡的同时不会阻隔液体，降低分离丝网下游的气泡体积分数。在一定流速下的均匀来流给气泡施加一个水平方向上可控的速度，驱动气泡在上升的过程中逐渐靠近分离丝网，最后撞击在分离丝网上，通过分析气泡的冲击速度能够更加直接地观察气泡过滤时的流动特性，并且能够更直观地说明分离丝网在气液分离中的必要性。

2、不同孔径的喷嘴可以喷射不同初始大小的气泡，分离丝网和喷嘴的距离也可以调整，便于研究不同距离下气泡的运动特性，特别是在近丝网时气泡的运动状态。不同初始直径下的气泡，其上升速度以及接触分离丝网时的撞击速度也会发生变化；另外，分离丝网的网格形状可调，适用条件广，同时由于结构简单便于在水槽中安装。

3、通过改变注射泵流量以及精密流量调节阀能够模拟不同工作状态下产生的气泡，即控制气泡产生的频率，调节阀门大小达到不同的效果。若要模拟泵的工作环境，需要产生大量的气泡群，可以适当增大注射泵工作流量以及阀门大小，增加产生气泡的频率；若要具体观察气泡通过分离丝网的过程，可以适当减小注射流量以及关小阀门开关，减小产生气泡的频率。

4、采用阴影法高速捕捉气泡边界以及其运动轨迹。设置适当的帧率与分辨率能够拍摄清晰的气泡，进而能够获取气泡相关参数，如气泡尺度、在分离网前后气泡的体积分数、上升速度、冲击速度，定量分析在不同尺度比下的气液分离能力。

附图说明

图1为本实用新型装置结构示意图；

图2为气泡发生系统结构图；

图3为分离丝网以及分离丝网架结构图。

附图标记：1、循环水槽 2、喷嘴 3、注射泵 4、精密流量调节阀 5、连接气管 6、分离丝网 7、网架 8、调节阀 9、水位挡板 10、卤素灯 11、高速相机 12、水泵。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。

如图所示，本实施例包括一个能够在循环水槽1内进行气液分离分离丝网6，由一个紧贴试验段壁面并充满试验段横截面的网架7固定于试验段，气泡发生单元、卤素灯10以及高速相机11。分离丝网6安装在距离喷嘴2一定距离的位置，可以根据不同要求改变分离丝网6和喷嘴2的距离，缩短与喷嘴6之间的距离可以研究气泡在近壁面时的分离过滤特性，增大二者距离可以研究当气泡受到一个水平方向的速度后，冲击在丝网上对气泡上升速度的影响。同时可以更换不同尺寸、不同形状的分离丝网6，以更好地满足在不同气泡尺度下对气泡过滤特性的研究。在水槽试验段的上方放置一块水位挡板9，放置的高度与水槽扩展段处出口的高度一致，保持试验段处水平面的平稳，保持流动过程中水位一致，通过卤素灯以及高速相机，利用阴影法高速捕捉气泡的边界及其运动轨迹，进而获取气泡尺度、冲击速度、上升速度、在分离丝网前后气泡的体积分数。

水泵12从循环水槽的储水池抽水通入上水箱内，液体经过循环水箱收缩段的整流后，流向水槽的试验段，为水槽试验段提供一个均匀的水平方向上的流动来驱动气泡水平方向上的运动，旋转调节阀8能够调节水槽中液体的流速，为水槽试验段提供一个流速可控的均匀的水平方向上的流动，使气泡在浮力作用下上升的同时具有一个可控的水平方向上的运动速度可以冲击到分离丝网上，液体通过分离网后流向水槽1回流段最后回到储水池，水泵12再次抽水完成循环。

气泡发生单元用于产生不同频率的气泡，包括注射泵3设定一定的工作流量将空气通入与精密流量调节阀4连接的气管5，通过精密流量调节阀4进一步调节空气的流量。对于产生不同体积分数的气泡对应的调节方式如下：研究单个上升气泡冲击丝网情况时，适当减小注射泵3的工作流量，关小精密流量调节阀4阀门，从而降低气泡的产生频率；研究上升气泡群冲击丝网情况时，适当增大注射泵3的工作流量，开大精密流量调节阀4阀门，从而增加气泡的产生频率。试验时根据不同的工况来调节气泡的发生频率，不同的喷嘴2孔径能产生不同初始大小的气泡。另外对于气泡发生装置，还可以采用空气压缩机提供气源，电磁阀或者压力开关来控制气泡产生的频率。

对于安装在试验段底部的喷嘴，设置不同孔径的喷嘴来产生不同初始直径的气泡，便于研究不同气泡直径特别是大尺度下的气泡通过分离丝网的运动特性。由于水槽提供了均匀的横向流场，气泡在上升运动过程中受到来流方向的水平速度，会产生横向迁移，通过旋转水槽中回流管上的调节阀控制液体的流速，调节气泡在来流方向上的水平速度，分析冲击速度对气泡运动的影响；在水槽液体一定流量下，调整分离丝网与喷嘴中心的间距，分析气泡的渗透率，即丝网对气液混合物的分离效果。

除了冲击速度、丝网与喷嘴间的距离对分离效果有影响，不同网格尺度D*的丝网，即丝网网格孔径D2与气泡直径之比对气泡的分离效果也不尽相同，对于较小网格尺度D*下的分离丝网，气泡在经过分离丝网时受到丝网的阻隔，在丝网上游段运动，沿丝网滑行或是发生弹跳运动，此时分离丝网下游的气泡将明显减少；增大网格尺度D*，即当气泡与丝网网格的尺度比D*超过一定大小后，气泡将随着液体穿过丝网或被丝网切割分裂成两个或多个气泡。

所述的分离丝网安装于距离喷嘴出口为0.01L-0.1L，L为水槽长度。喷嘴标称直径D1为0.8~4 mm。注射泵设定的流量Q为0.01~30 ml/min。分离丝网单个网格最小特征尺度D2约为0.6 D1,，确保单个网格的最小特征尺度小于单个气泡的最小直径。分离丝网单个网格最大特征尺度D2约为3 D1,，D1,为最大喷嘴标称直径。网格尺度最小特征尺度D*约为0.5 D1, D1,为最小喷嘴标称直径。网格尺度最大特征尺度D*约为1.5 D1, D1,为最大喷嘴标称直径。分离丝网的孔可以为方形、圆形、矩形、扇形、蜂窝形等其它多边形、或者多种形状网格的组合。

所述的试验段流速大小由循环水槽回流管上的调节阀进行调整。

可见，本实用新型利用不同网格尺度D2的分离丝网6，针对不同喷嘴2直径、不同气泡发生频率、在水平方向上气泡所受不同的冲击速度以及喷嘴2与分离丝网5不同距离下的气泡过滤特性进行分析。在一定的网格尺度比D^*下，通过改变分离丝网6与喷嘴2之间的位置、调整来流速度来调节气泡水平方向上的冲击速度，能够有效地将水槽试验段处产生的气泡集中阻隔在分离丝网6的前部即水流的上游处且不影响液体的运动；分离丝网上部的水位挡板能够有效保持水位一致，保持试验段处水流处于稳定静止的状态，以免影响气泡的上升状态以及其运动轨迹。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。