一種稀相氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用粒子圖像測速(PIV，Particle Image Velocimetry)技術(shù)測量氣固二相流領(lǐng)域稀相氣力輸送技術(shù)物料輸送過程中管道內(nèi)粒子運動速度的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣力輸送是運輸散裝材料從一個位置到另一個位置的重要技術(shù)，由于其理想的運輸特性，如成本低，安全，靈活的布局，易于自動化，低維護(hù)，易安裝，衛(wèi)生、環(huán)保等，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)過程(如煤炭，醫(yī)藥，農(nóng)業(yè)，石化)。
[0003]氣力輸送系統(tǒng)中，粒子在輸送管道內(nèi)運動既有滾動又有懸浮，同時還發(fā)生粒子與粒子，粒子與輸送管道壁面的碰撞，粒子在旋轉(zhuǎn)時還產(chǎn)生舉力，對輸送管道壁面產(chǎn)生磨損，特別是高速粒子運動時壁面磨損尤為嚴(yán)重。因此，研宄氣力輸送過程固相的運動規(guī)律及特征，并對其進(jìn)行有效地控制及合理的利用，對氣力輸送關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)具有重大意義。
[0004]鑒于粒子速度對研宄氣固二相流固體粒子流動特征的重要性，因此準(zhǔn)確測量稀相氣力輸送過程中的粒子速度尤為重要。
[0005]目前，公知的測量粒子速度的方法主要有激光誘導(dǎo)磷光測速(LIP)技術(shù)，激光多普勒測速技術(shù)(LDA)以及激光多普勒測速技術(shù)(PDA)。在進(jìn)行稀相氣固二相流速度分布實驗時，LIP技術(shù)雖然可以測量較寬的速度范圍，但是它的精度和空間分辨力都十分有限，并且不適于作高速流場的測量。LDA和PDA技術(shù)均局限于流場粒子的單點測量，只能獲得流場中某點的流速隨時間變化，不能精確測量流場內(nèi)粒子的全局分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種稀相氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量方法，旨在解決現(xiàn)有測量方法精確度不夠、限于單點測量等問題。
[0007]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，本發(fā)明公開了一種稀相氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量方法，包括以下步驟:
[0008](I)布置氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量系統(tǒng)；
[0009](2)利用羅茨風(fēng)機(jī)將空氣送入管道，同時粒子通過料倉進(jìn)入管道；
[0010](3)使用高速攝像機(jī)拍攝激光照明下的粒子圖像；
[0011](4)采用PIV VIEW速度測量軟件對粒子圖像進(jìn)行分析得到粒子的速度場分布。
[0012]優(yōu)選地，所述氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量系統(tǒng)，包括透明管道、羅茨風(fēng)機(jī)、料倉、高速攝像機(jī)、激光；其中，所述料倉的出料口下方設(shè)有羅茨風(fēng)機(jī)；羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)口正對管道進(jìn)料口，用于將料倉的粒子吹入管道中；所述激光外置管道中部，用于通過激光照射管道中通過的粒子；所述高速攝像機(jī)外置管道中部，用于對激光照射部分通過的粒子進(jìn)行拍照。
[0013]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種稀相氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量方法，通過設(shè)置氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量系統(tǒng)，以該系統(tǒng)為試驗平臺，利用粒子成像測速系統(tǒng)(PIV，Particle Image Velocimetry)獲得管道內(nèi)的粒子圖像，根據(jù)粒子兩個像點位置信息的差異得到粒子的速度矢量，從而獲得整個管道內(nèi)粒子的的速度信息。在本發(fā)明中，上述氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量系統(tǒng)，主要結(jié)構(gòu)為料倉的出料口下方設(shè)有羅茨風(fēng)機(jī)；羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)口正對管道進(jìn)料口，用于將料倉的粒子材料高速吹入管道中；所述激光外置管道中部，用于通過激光照射管道中通過的粒子；所述高速攝像機(jī)外置管道中部，用于對激光照射部分通過的粒子進(jìn)行拍照。
[0014]相比于現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明利用的粒子成像測速系統(tǒng)(PIV)擁有瞬態(tài)、多點、測量精度高的優(yōu)勢。實驗中，利用激光照明管道管道縱向中心截面，高速攝像機(jī)拍攝若干枚流經(jīng)管道的粒子流圖像，在同一瞬態(tài)記錄下大量空間點上的速度分布信息，提供了豐富的流場空間結(jié)構(gòu)以及流動特性?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)中的不足和缺陷，具有實質(zhì)性特點和顯著進(jìn)步。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量方法的步驟流程圖；
[0016]圖2是本發(fā)明氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是圖2中A-A截面尚]視圖；
[0018]圖4是本發(fā)明氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量結(jié)果驗證圖。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]本發(fā)明提供了一種稀相氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量方法，如圖1所示，包括以下步驟:
[0021]步驟S1、布置氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量系統(tǒng)。
[0022]在步驟SI中，所述氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量系統(tǒng)，如圖2所示，包括透明管道1、羅茨風(fēng)機(jī)(圖中省略視圖)、料倉(圖中省略視圖)、高速攝像機(jī)2、激光3 ;其中，所述料倉的出料口下方設(shè)有羅茨風(fēng)機(jī)；羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)口正對管道I進(jìn)料口，用于將料倉的粒子材料吹入管道I中；所述激光3外置管道I中部，用于通過激光照射管道I中通過的粒子；所述高速攝像機(jī)2外置管道中部，用于對激光照射部分通過的粒子進(jìn)行拍照。
[0023]選擇包括型號為Photron FASTCAM-SA3的高速攝像機(jī)2和激光功率為2w且為綠光的激光3，以及速度測量分析軟件PIV VIEffo其中，高速攝像機(jī)2的分辨率為1024X 1024像素，設(shè)置其快門速度為0.1ms，幀速度為100fps。將高速攝像機(jī)2、激光3布置于粒子運動最活躍的加速區(qū)。
[0024]步驟S2、利用羅茨風(fēng)機(jī)將空氣送入管道，同時粒子通過料倉進(jìn)入管道。
[0025]在步驟S2中，開始實驗，打開高速攝像機(jī)準(zhǔn)備對管道內(nèi)粒子流進(jìn)行拍照，將羅茨風(fēng)機(jī)接通電源開始向輸送管道I內(nèi)通風(fēng)，將30kg直徑為2.3mm，材料為聚乙烯的球狀粒子作為輸送對象放入料倉，打開料倉閥門，粒子在羅茨風(fēng)機(jī)的作用下在管道I內(nèi)運動。
[0026]步驟S3、使用高速攝像機(jī)拍攝激光照明下的粒子圖像。
[0027]在步驟S3中，通過激光功率為2w的綠光發(fā)射厚度為5mm的高強(qiáng)度連續(xù)光，照亮目標(biāo)粒子流管道的縱向中心平面，如圖3所示，利用一個最大光圈設(shè)定為1.2的固定焦距的尼克爾鏡頭來捕捉1000枚圖像。
[0028]步驟S4、采用PIV VIEW速度測量軟件對粒子圖像進(jìn)行分析得到粒子的速度場分布。
[0029]在步驟S4中，對輸入的粒子圖像根據(jù)實驗情況去除流場背景影響，并消除粒子圖像中的孤立亮點，達(dá)到去除圖像噪聲成分，改善圖像質(zhì)量的目的，再利用PIV VIEW軟件分析得出粒子速度。
[0030]為了交叉驗證PIV測量結(jié)果，使用SigmascanPro5軟件利用粒子追蹤測速方法(PTV)的原理通過追蹤單個粒子的運動軌跡并手動計算其速度，如圖4所示，可以看到，通過PTV法計算得到的結(jié)果與本發(fā)明得出的結(jié)果之間的誤差小于1.19%。驗證了本發(fā)明用PIV測量稀相氣力輸送過程中顆粒速度的正確性。
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種稀相氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)布置氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量系統(tǒng)； (2)利用羅茨風(fēng)機(jī)將空氣送入管道，同時粒子通過料倉進(jìn)入管道； (3)使用高速攝像機(jī)拍攝激光照明下的粒子圖像； (4)采用PIVVIEW速度測量軟件對粒子圖像進(jìn)行分析得到粒子的速度場分布。
2.如權(quán)利要求1所述的稀相氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量系統(tǒng)包括透明管道、羅茨風(fēng)機(jī)、料倉、高速攝像機(jī)、激光；其中，所述料倉的出料口下方設(shè)有羅茨風(fēng)機(jī)；羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)口正對管道進(jìn)料口，用于將料倉的粒子材料高速吹入管道中；所述激光外置管道中部，用于通過激光照射管道中通過的粒子；所述高速攝像機(jī)外置管道中部，用于對激光照射部分通過的粒子進(jìn)行拍照。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種稀相氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量方法，通過布置氣力輸送管道內(nèi)粒子速度測量系統(tǒng)，利用粒子成像測速系統(tǒng)獲得管道內(nèi)的粒子圖像，根據(jù)粒子兩個像點位置信息的差異得到粒子的速度矢量，從而獲得整個管道內(nèi)粒子的速度信息。本發(fā)明在同一瞬態(tài)記錄下大量空間點上的速度分布信息，提供了豐富的流場空間結(jié)構(gòu)以及流動特性。
【IPC分類】G01P3-38
【公開號】CN104749392
【申請?zhí)枴緾N201510140953
【發(fā)明人】晏飛, 朱瑞, 張建, 唐文獻(xiàn), 李欽奉, 蘇世杰, 徐銘, 朱雷
【申請人】江蘇科技大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月27日