气液鼓泡床反应器中气泡行为光纤探针测量方法

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1、2017年2月第43卷第2期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2017V01．43NO．2http：∥bhxb．buaa．edu．131"ljbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0149气液鼓泡床反应器中气泡行为光纤探针测量方法何广湘，郭晓燕，杨索和，靳海波8(北京石油化工学院化学工程学院，北京102617)摘要：本文分别采用电导探针和光纤探针测量气液鼓泡床反应器中的气含率、气泡速率和气泡弦长等气泡行为，结果表

2、明光纤探针对气泡具有响应迅速、阶跃显著的特点。将光纤探针信号进行方波化处理，探针在气相中的采样点数与总采样点数之比即为局部气含率，再沿径向积分可得平均气含率，以压差法测得的平均气含率为基准，光纤探针比电导探针准确性更高。将改造后的光纤探针应用于高温、高压、液相为有机体系的气液鼓泡床反应器，测得该反应器的气含率呈中心及边壁低、0．4倍半径处最大的抛物形分布。因此，开发的光纤探针可用于高温、高压、液相有机体系中气泡行为的测量。关键词：光纤探针；信号识别；气含率；气泡速率；气泡弦长中图分类号：TQ021．1文献标识码：A文章编号：1001—5965(2017)02-0253-07鼓泡床

3、反应器是一种气体为离散相、液体为连续相的两相流反应器，具有相间面积高、传质和传热速率快等特点，在工业上有广泛应用⋯，对于固体为细颗粒的气液固反应体系，固体细颗粒较均匀地悬浮于液相中，液固可近似看作拟均相，故一般又称为气液(浆)鼓泡床反应器。气相以气泡形式与液相接触，气泡上升过程中会频繁发生聚并、破碎，反应器形式、分布器形式、内构件和操作条件均对气泡的流动行为有显著影响，气含率、气泡速率、气泡尺寸等气泡行为均会影响气液相间传质，进而对反应效果产生重要作用’21。因此，准确、有效地测量气液(浆)两相流中的气泡行为，对于反应器设计、新型内构件开发及新工艺过程的研究均具有重要意义¨。。气

4、泡的复杂行为可以通过气含率、气泡速率及其分布、气泡尺寸及其分布进行描述，获得气泡行为的常用方法有照相法。41、压差法¨。、层析成像法。6。71和探针法¨圳等。照相法要求反应器透明，测量介质透明，气泡图像重叠会导致很大的测量误差，只能测量气泡数量较少的情况，还需考虑柱面或球面所致的图像失真，故照相法难以用于实际体系的研究。压差法是一种测量床层截面平均气含率的有效方法，由不同轴向位置处的压差计算得到气含率¨⋯，但这种方法不能测量局部的气泡行为，无法更进一步了解反应器里面的流动行为。层析成像法包括电阻层析成像¨1、电容层析成像⋯。、射线层析成像等，对不同断层进行扫描，根据信号的变化可以

5、得到该截面上的平均气含率，再基于这些数据进行空间重构，得到气含率的空间分布，这种方法要求测量结果准确性非常高，稍有误差即可能使重构结果相去甚远。探针法包括电导探针和光纤探针。3’”o，根据不同介质的电阻或折射率的不同，将探针顶部处的相态信息转换为电信号，并进行数据采集，根据信号的时间序列得到相应的气含率、气泡速率及气泡尺寸。虽然探针法在气液(浆)两相流方面已经有了较收稿日期：2016-02-29；录用日期：2016-07—14；网络出版时间：2016-10-2l17：06网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20161021．1706

6、．003．html基金项目：国家自然科学基金(21073020)；北京市属高等学校高层次人才引进与培养计划(CIT&TCD20130325){通讯作者：E-mall：jinhaibo@bipt．edu．cn昏甩格式：饲广湘．郭晓燕．杨京和．等．气液鼓泡柬反应器中气泡行为光纤探针测量_方法e

7、1．北京航空航天大学学报．2017．43俾)：253-259．HEGX，GUOxY，YANGSH，eta1．Measurementmethodofbubblebehaviorbyopticalprobeingas*liquidbubblecolumnreactor[JJ．JournalofBe

8、讲ngUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43(2)：253—259(inChinese)．254北京航空航天大学学报为广泛的应用，但目前仍没有成形的商品，不同的研究人员对于双探针数据的处理方法并不完全相同，尚未见到较系统介绍数据处理方法的文献。探针法测得的信号时间序列数据量大、信息丰富，寻找一种快捷、准确的数据处理方法对于气液(浆)两相流的研究具有重要意义。本文主要介绍了电导探针、光纤探针的信号转换原理、信号特点及由双探针的信