气液固三相流化床反应器测试技术

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1、第5卷第2期过程工程学报Vol.5No.22005年4月TheChineseJournalofProcessEngineeringApr.2005气液固三相流化床反应器测试技术刘明言，杨扬，薛娟萍，胡宗定(天津大学化工学院，天津300072)摘要：在简述已有三相流化床测试技术的基础上，着重对近年来开发的测试新技术的基本原理及优缺点进行了分析，包括光纤探头技术、超声探头技术、放射颗粒跟踪技术、X射线颗粒跟踪测试技术、颗粒图像测速技术、电容层析成像技术、激光多普勒测速技术和相多普勒测速技术等，同时，展望了三相流化床测试技术的新方向.关键

2、词：三相流化床；测试技术；气液固流态化；反应器中图分类号：TQ021.1文献标识码：A文章编号：1009−606X(2005)02−0217−06[5]1前言时测量三相流化床系统的相含率.光纤探头有反射型探头和透射型探头之分，常用于气液固三相流化床是一类具有重要工业应用价值[6]测量三相流化床中的气泡特性.光纤探头也可用于测的多相物理操作装置或化学和生物反应器，但是，由于量局部固含率，此时，气泡的影响可通过标定加以排除.流动的复杂性，适用于三相流化床系统参数测量的测试经过对反射型或透射型光纤探头的标定，该技术也可以技术还很有限.而无

3、论是三相流态化系统的理论研究还实现三相流化床相含率的同时测量.光纤探头引起误差[1−4]是实际应用，均离不开有效的三相流测试技术.因的主要原因为气泡和探头之间的相互作用：探头表面状此，有限的测试技术制约着三相流态化理论的发展和技况影响刺穿气泡的能力，探头在多相流中的放置方向影术的应用.值得欣慰的是，随着现代科技的发展，新的响测量结果，气泡的形状影响气泡大小和气液相界面积三相流化床测试技术不断出现.为了促进三相流态化理估计的准确性.同时，光纤探头的标定是否准确对于测论和应用研究的发展，本工作对近年来在三相流化床测量精度也有较大影响.试

4、技术方面取得的最新成果进行了总结，并展望了三相2.2超声探头(UltrasonicProbes)流化床测试技术的发展方向.超声探头测试是根据超声波在多相系统中的透射或根据测试传感器是否侵入流场可将三相流化床测试反射特性的不同而实现参数测量的.这里所指探头是侵技术分为两大类：侵入式测试技术和非侵入式测试技术.入式超声探头.超声探头主要用于气液系统气泡参数测2侵入式测试技术(InvasiveTechniques)[7,8]量，近年来开始用于三相流化床系统的参数测量.根据测试原理的不同，分为超声透射技术和超声反射技术.侵入式测试技术的研究

5、应用先于非侵入式测试技[4]根据透射声波特性测量局部气含率和局部平均相术，始于20世纪60年代.其优势在于可以方便快捷界面积等参数的方法称为超声透射技术，其需要声波发地实现局部特性参数的测量.侵入式测试所用传感器主射探头和接收探头.测量时，发射探头和接收探头被气要有针型探头、传热探头、超声探头和皮托管等.液两相系统隔开.2.1针型探头(NeedleProbes)针型探头主要用于研究气液(固)系统的气相局部动根据来自气泡等表面的反射声波的幅值和频率确力学行为.其时空分辨率分别为秒级和毫米级.单针系定气泡大小和速度的方法称为超声反射技术

6、或脉冲回统主要用来研究气含率和气泡频率，双针系统可用于测波技术.超声反射技术的探头本身既是发射器，又是接量气泡速度、局部时均相界面积和平均泡弦长度分布，收器.为了分析反射波的特性，常采用脉冲回波技术.多针系统可以测量气泡形状.针型探头主要有电导探头通过分析反射波的幅值和频率可以确定气泡尺寸和局和光纤探头，是三相流化床参数测量的重要手段.部气泡速度分布.采用超声透射探头技术，可对气液固电导探头测试的优势在于测量三相流化床的局部三相循环流化床提升管内的局部气含率和局部固含率气含率.利用双针电导探头和示踪剂相结合可以测量局同时测量，获得相

7、含率的径向分布规律.部液相速度及液相混合特性.双针电导探头也可用于同图1是采用双通道脉冲接收器系统的超声测试系收稿日期：2004−02−26，修回日期：2004−07−12基金项目：国家自然科学基金资助项目(编号：20106012)作者简介：刘明言(1966−)，男，河南省禹州市人，博士，副教授，化学工程专业，E-mail:myliu@tju.edu.cn.218过程工程学报第5卷[8]统，超声探头的具体布置如图1(a)所示，探头可沿径向移动.测得的相含率分布如图1(b)所示.0.17(b1)h=0.5m(b2)h=0.5m0.01

8、80.160.016Samplingports0.15gε0.014sε1.Gasdistributor2.Riser0.140.0123.SampletubeU=15.22cm/sUt=15.22cm/s4.Ultrasonicpr