一种用于流场中的颗粒富集装置及富集方法

技术领域

本发明涉及多相流技术领域，具体为一种用于流场中的颗粒富集装置及富集方法。

背景技术

颗粒测量技术在大气环境监测、工业尾气排放监测、工业粉体生产过程测量等方面起到了不可或缺的作用。对于一种颗粒浓度测量方法来说，其可测的颗粒物浓度具有确定的上下限。对于具有过高颗粒浓度的流体而言，通常需要采取一定的稀释措施对被测流体进行稀释；对于具有过低颗粒浓度的流体而言，则需要对颗粒进行富集或使其并聚成长。特别是对于光学测量方法，常规的光学测量方法都具有明确的上下限，例如对于消光法来说，若颗粒浓度过低，则散射光无法形成连续的波动信号；若颗粒浓度过高，将导致信号光过于微弱而无法被检测。

当流体中的颗粒浓度过高时，通常可以采用稀释的方法降低其颗粒浓度。而对于颗粒浓度过低的流体，则需要采用一些颗粒富集方法提高流体局部区域的颗粒浓度。荷电富集是一种常见的颗粒富集方法，该方法对流场施加电压使颗粒荷电，并通过外部电场来引导颗粒运动或者使颗粒并聚，进而达到富集的目的。超声团聚法则通过对流场施加超声波使颗粒相互团聚，特别是液态颗粒，并利用颗粒的惯性运动来富集颗粒。流动离心分离是一种常用流场颗粒浓淡分离方法，它利用流体通过曲型流道时存在的离心作用，使颗粒聚集在管道的其中一侧，达到浓淡分离的效果，目前的流场中的颗粒富集装置的颗粒富集效果较差。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于流场中的颗粒富集装置及富集方法，解决了上述背景技术中所提出的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于流场中的颗粒富集装置，包括气体收集流道、转向气体接口、转向气体流道、内部整流腔、上部气体出口、分流隔板、下部气体出口和气体收集入口法兰。

作为本发明的一种优选技术方案，所述内部整流腔为梯形结构，其上底边与气体收集流道相连，其下底边是气体出口，其直角边与转向气体流道相连。

作为本发明的一种优选技术方案，所述分流隔板布置于上部气体出口和下部气体出口之间。

作为本发明的一种优选技术方案，所述内部整流腔的壁面上设置有第一钝体，所述分流隔板的壁面上设置有第二钝体。

本发明还提供一种用于流场中的颗粒富集方法，采用如前所述的一种用于流场中的颗粒富集装置对流场中的颗粒进行富集；包括如下步骤：

1)低颗粒浓度气体从气体收集流道进入装置的内部整流腔，与此同时，一股转向气体从转向气体接口接入通过转向气体流道进入内部整流腔；

2)两股气体合并后分别从上部气体出口、下部气体出口流出，实现了颗粒的富集。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种用于流场中的颗粒富集装置，具备以下有益效果：

该用于流场中的颗粒富集装置，设计了一种双进口富集腔体装置，将低浓度颗粒气流引入流道后，利用转向气体从侧面对气流进行整流，并利用斜边结构对气流进行引导，使气流分为低颗粒浓度气流及高颗粒浓度气流，实现流体内颗粒的富集，且该装置结构简单可行，能够实现较好的颗粒富集效果。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明整体剖视结构示意图；

图3为无分流隔板情况下装置内部气流速度分布平均结果云图；

图4为无分流隔板情况下装置内部颗粒速度分布平均结果云图。

图中：1、气体收集流道；2、转向气体接口；3、转向气体流道；4、内部整流腔；5、上部气体出口；6、分流隔板；7、下部气体出口；8、气体收集入口法兰；9、第一钝体；10、第二钝体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1-4，本发明提供以下技术方案：一种用于流场中的颗粒富集装置，包括气体收集流道1、转向气体接口2、转向气体流道3、内部整流腔4、上部气体出口5、分流隔板6、下部气体出口7和气体收集入口法兰8。

本实施方案中，低颗粒浓度气体为外部来气从气体收集流道1进入装置，并携带固体颗粒或液体颗粒，也可以是两者的混合相，转向气体从转向气体接口2接入，然后从转向气体流道3进入装置，转向气体与低颗粒浓度气体是相同来源的气体，转向气体的流速以及流量可以通过转向气体接口2、外部流量计或类似的设备进行调节，其大小可以根据实际的情况进行调节。

具体的，内部整流腔4为梯形结构，其上底边与气体收集流道1相连，其下底边是气体出口，其直角边与转向气体流道3相连。

具体的，分流隔板6布置于上部气体出口5和下部气体出口7之间。

本实施例中，分流隔板6的位置和数量可以根据气体出口流道的颗粒浓度分布进行设置，因此，气体出口的个数会根据分流隔板的设置有所变化。

具体的，内部整流腔4的壁面上设置有第一钝体9，分流隔板6的壁面上设置有第二钝体10。

本实施例中，由于不同粒径的颗粒在流场中的跟随性及碰撞作用不同，它们在流场中的分布将可能出现区域性特征，影响测量的准确性。第一钝体9和第二钝体10的结构能使流场产生较大的湍流，提高颗粒的均匀性。

本发明还提供一种用于流场中的颗粒富集方法，采用如前所述的一种用于流场中的颗粒富集装置对流场中的颗粒进行富集；包括如下步骤：

1)低颗粒浓度气体从气体收集流道进入装置的内部整流腔，与此同时，一股转向气体从转向气体接口接入通过转向气体流道进入内部整流腔；

2)两股气体合并后分别从上部气体出口、下部气体出口流出，实现了颗粒的富集。

本发明的工作原理及使用流程：

低颗粒浓度气体从气体收集流道1进入装置的内部整流腔4，与此同时，一股转向气体从转向气体接口2接入通过转向气体流道3进入内部整流腔4，内部整流腔4为梯形构造，其上底边与气体收集流道1相连，下底边为气体出口，其直角边转向气体流道3相接，设置分流隔板6对流道进行划分，两股气体合并后分别从上部气体出口5、下部气体出口7流出，后续的测量设备颗粒部署在下部气体出口7流出，在出射流体将在第一钝体9、第二钝体10的作用下，流体将产生一定程度的湍动，气流中不同粒径的颗粒能够较为均匀地分散到气流中，减小不同粒径颗粒的区域性分布差异对测量带来的影响，两股气流发生对冲之后，在没有加装分流隔板6时，装置内部的气流速度分布平均结果如图3所示，可以发现两路气体合并之后，装置下半部分的气流速度较大，因此气流主要从下部气体出口7流出，装置上半部分的气流仍具有一定的速度，这主要是由于转向气体向低颗粒浓度气体施加了一股向下横向作用力，同时装置的下部分为斜边构造，气流容易从该部分流出，两股气流发生对冲之后，在没有加装分流隔板6时，装置内部的颗粒速度分布平均结果如图4所示，可以发现，颗粒大多数随着主流运动，因此大部分颗粒从装置的下半部分流出，而装置上半部分的气流中的颗粒几乎没有，低颗粒浓度气体与转向气体来源相同，具有相同的颗粒浓度，因此装置下半部分气流的颗粒浓度得到了提高，上半部分的颗粒浓度减少了，实现了颗粒的富集。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。