一種采用分布式溶液取樣的降膜吸收實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種采用分布式溶液取樣的降膜吸收實驗裝置，包括布液器、降膜吸收實驗管段、冷卻水入口、冷卻水出口、集液器、取樣管、取樣口密封裝置、充氣膨脹密封橡膠圈、O型密封墊圈、K型熱電偶，布液器設有布液器頂蓋，布液器和集液器分別安裝在降膜吸收實驗管段的上方和下方，取樣口密封裝置以螺紋的方式裝配在布液器頂蓋上方，并通過O型密封圈加以密封，充氣膨脹密封橡膠圈放置于取樣口密封裝置內，且在取樣口密封裝置上開有充氣膨脹密封橡膠圈的充氣通道。本實用新型完成降膜吸收實驗管段分布式的溫度測量和溶液取樣，從而實現了更加精細全面的降膜吸收特性實驗測試，本實用新型效果好，實用性強。
【專利說明】
-種采用分布式溶液取樣的降膜吸收實驗裝置
技術領域
[0001] 本實用新型設及一種降膜吸收實驗裝置，具體設及一種采用分布式溶液取樣的降 膜吸收實驗裝置。
【背景技術】
[0002] 降膜吸收是一種重要的化工過程技術，同時也是吸收式制冷系統的核屯、技術。針 對降膜吸收特性的實驗研究是相應的化工工程機械和吸收式制冷系統的型式設計與參數 優化的理論基礎，具有不可或缺的指導意義。
[0003] 目前為止，幾乎所有的降膜吸收實驗研究針對的都是整個吸收器，實驗結果處理 所得出的吸收器特性和實驗關聯式的延伸拓展性和工程實用性很差，不能很好的預測同種 型式、不同尺寸的吸收器的傳熱傳質性能。導致W上問題的原因是關聯模型型式過于簡單， 未能考慮實際的吸收液膜的溫度分布和濃度分布，只是籠統的對吸收器入口和出口的溫 度、濃度進行測量。
[0004] 解決上述問題的關鍵是吸收液膜的分布式溫度和濃度測量。溫度分布測量方法相 對簡單，通過K型熱電偶管上多點打孔布置即可實現。而濃度測量則不易實現，相關研究文 獻中也未見報道。
[0005] 綜上所述，現有的降膜吸收實驗方法在實驗完備性方面存在較大的不足，導致實 驗關聯式的拓展性和實用性差。
【發明內容】
[0006] 為了克服現有技術的不足，提出了一種采用分布式溶液取樣的降膜吸收實驗裝 置，本裝置可W實現吸收液膜的分布式溫度和濃度測量，通過分布式的溫度和濃度實驗結 果，結合插值或神經網絡方法建立起整個液膜的溫度場、濃度場函數，計算出精確的局部對 流換熱和對流傳質系數。結合對流傳熱、傳質的基礎理論，建立傳熱傳質模型。
[0007] 本實用新型的技術方案為:一種采用分布式溶液取樣的降膜吸收實驗裝置，包括 布液器、降膜吸收實驗管段、冷卻水入口、冷卻水出口、集液器、取樣管、取樣口密封裝置、充 氣膨脹密封橡膠圈、0型密封墊圈、K型熱電偶和取樣管，布液器設有布液器頂蓋，布液器和 集液器分別安裝在降膜吸收實驗管段的上方和下方，取樣口密封裝置W螺紋的方式裝配在 布液器頂蓋上方，并通過0型密封圈加 W密封，充氣膨脹密封橡膠圈放置于取樣口密封裝置 內，且在取樣口密封裝置上開有充氣膨脹密封橡膠圈的充氣通道，取樣管從取樣口密封裝 置和充氣膨脹密封橡膠圈的下端穿過，K型熱電偶分布式布置在降膜吸收實驗管段壁上。 [000引本實用新型的取樣原理為：
[0009] 降膜吸收實驗管段設有吸收液膜，吸收液膜的濃度在柱坐標系下是一個二維分 布，分布的兩個維度分別是液膜的流動方向和降膜吸收實驗管段的半徑方向，在液膜流動 維度上取樣點位置的確定依靠取樣管上的取樣高度刻度；
[0010] 在降膜吸收實驗管段的半徑維度上，取樣點半徑的調節依靠的是偏屯、安裝的取樣 管的轉動，固定在取樣管上部的取樣管方向標可w顯示出取樣管方向與基準線之間的夾 角，基準線是取樣管的軸屯、與降膜吸收實驗管段圓屯、所在的直線；
[0011] 若降膜吸收實驗管段的內徑為R，取樣管的取樣半徑為r，偏屯、距離為終，取樣管方 向標與基準線之間的夾角為捧，則取樣點距離降膜吸收實驗管段的垂直距離《為：
[0012]
[0013] 通常情況下液膜的厚度較薄，對取樣點液膜厚度的取樣精度提高造成較大障 礙。有兩方面的優化措施:;更盡量減小取樣口的口徑，同時提高取樣管的硬度，使之在液膜 沖擊下具有較小的形變量。采用相似原理指導實驗布置。相似原理一般情況下的應用是 為了在一個較小的模型上實現對較大的實物的流動、傳熱傳質特性的研究。在該實驗方法 中，相似原理的應用則反其道而行之。在集成化的降膜吸收器中，單根吸收管的管徑很小。 應用相似原理可W將降膜吸收實驗管段成倍擴大，液膜厚度隨之增厚，則取樣點液膜厚度 咨的取樣精度將會大大提升。
[0014] 操作流程為：
[0015] a.降膜吸收實驗管段之外的實驗系統與常規的降膜吸收實驗相同，即采用常規 的手段為降膜吸收實驗管段模擬出狀態穩定的吸收溶液和被吸收氣體的入口實況；
[0016] b.首先，將充氣膨脹密封橡膠圈適當放氣，使得取樣管可W上下移動和轉動。調 整好取樣管的深度和角度之后，將充氣膨脹密封橡膠圈充氣。充氣之后，橡膠圈起到固定取 樣管作用。同時在橡膠圈膨脹的壓力和密封油的作用下，將降膜吸收空間密封；
[0017] C.啟動降膜吸收實驗裝置，為降膜吸收實驗管段模擬出狀態穩定的吸收溶液和 被吸收氣體的入口實況。當降膜吸收實驗管段上布置的K型熱電偶溫度值恒定時，也就說明 降膜吸收系統達到穩態，啟動連接取樣器的負壓裝置即可實現取樣；
[0018] d. -次取樣完畢后，再次適當將充氣膨脹密封橡膠圈放氣，調整取樣口位置，然 后充氣密封。等待K型熱電偶溫度恒定即可再次取樣。
[0019] e.重復上述步驟即可實現整個實驗的溶液分布式取樣和溫度測量。
[0020] f.實驗完畢，關閉整個降膜吸收實驗裝置，將充氣橡膠圈適當放氣即可。
[0021 ]本實用新型的有益效果為：
[0022] 1)本實用新型使得液膜厚度增厚，為精確定位取樣口與吸收壁面的相對位置提 供了條件。
[0023] 2)本實用新型完成降膜吸收實驗管段分布式的溫度測量和溶液取樣，從而實現了 更加精細全面的降膜吸收特性實驗測試。
[0024] 3)本實用新型效果好，實用性強。
【附圖說明】
[0025] 附圖1是本實用新型結構示意圖。
[0026] 附圖2是本實用新型布液器頂蓋結構示意圖。
[0027] 其中；
[00%] 1、布液器頂蓋;2、布液器;3、冷卻水入口；4、降膜吸收實驗管段;5、集液器;6、冷卻 水出口； 7、取樣管;8、取樣口密封裝置;9、充氣膨脹密封橡膠圈；10、ο型密封墊圈；11、取樣 管方向標;12、冷卻水;13、吸收液膜。
【具體實施方式】
[0029] 參見圖1-圖2所示，本實用新型包括布液器2、降膜吸收實驗管段4、冷卻水入口 3、 冷卻水出口 6、集液器5、取樣管7、取樣口密封裝置8、充氣膨脹密封橡膠圈9、0型密封墊圈 1〇、Κ型熱電偶，布液器2設有布液器頂蓋1，布液器2和集液器5分別安裝在降膜吸收實驗管 段4的上方和下方，取樣口密封裝置8 W螺紋的方式裝配在布液器頂蓋1上方，并通過0型密 封墊圈10加 W密封，充氣膨脹密封橡膠圈9放置于取樣口密封裝置8內，且在取樣口密封裝 置8上開有充氣膨脹密封橡膠圈9的充氣通道，取樣管7從取樣口密封裝置8和充氣膨脹密封 橡膠圈9的下端穿過，Κ型熱電偶分布式布置在降膜吸收實驗管段4壁上。
[0030] 所述布液器2和集液器5即為常規的降膜吸收過程通用的布液和集液裝置，既起到 布液和集液的作用，又對降膜吸收實驗管段4起到固定的作用；
[0031] 所述降膜吸收實驗管段4包括但不僅限于豎直光管的管內降膜吸收實驗管段，也 可W是豎直管外的降膜吸收實驗管段或者波紋管等異型管的管內、管外降膜吸收實驗管 段；
[0032] 所述布液器頂蓋1的形式相對簡單，但是為了取樣口密封裝置8的安裝方便，頂蓋 的厚度要求較厚；
[0033] 所述充氣膨脹密封橡膠圈9為表面光滑、延伸和承壓性能較好的橡膠(或其他符合 條件的彈性材料)制成的中空環形圈。
[0034] 所述取樣口密封裝置8為分體粘接或焊接形式的，在粘接或焊接之前先將充氣膨 脹密封橡膠圈9放置在預留的空間中，取樣口密封裝置8的中屯、口為取樣管7的定向固定通 道，該通道與取樣管7裝配良好。
[0035] 所述取樣管7由彈性小、硬度高的金屬材料制成，管子的形變小，可W實現取樣口 的精確定位操作。取樣管7上繪有顯示取樣高度的刻度，同時取樣管7相對于降膜吸收的內 管路是偏屯、安裝的，通過轉動取樣管7,調節取樣管方向標11與取樣管7可W調整取樣管7的 取樣端口與降膜吸收實驗管段4壁面的距離，從而可W實現不同吸收液膜厚度處的溶液取 樣。
[0036] Κ型熱電偶是溫度測量的常用熱電偶，被分布式布置在降膜吸收實驗管段4壁上。 安裝時首先打小孔，插入Κ型熱電偶并使其端部與吸收管內壁平齊，然后焊接固定即可。Κ型 熱電偶的布置較為簡單，并未在附圖中示出。
[0037] 本實用新型的取樣原理為：
[0038] 吸收液膜13的濃度在柱坐標系下是一個二維分布。分布的兩個維度分別是液膜的 流動方向和降膜吸收實驗管段4的半徑方向。在液膜流動維度上取樣點位置的確定依靠取 樣管7上的取樣高度刻度。
[0039] 在降膜吸收實驗管段4的半徑維度上，取樣點半徑的調節依靠的是偏屯、安裝的取 樣管7的轉動。固定在取樣管7上部的取樣管方向標11可W顯示出取樣管7方向與基準線之 間的夾角。基準線是取樣管巧由屯、與降膜吸收實驗管段4圓屯、所在的直線。
[0040] 若降膜吸收實驗管段的內徑為R，取樣管的取樣半徑為r，偏屯、距離為終，取樣管 方向標與基準線之間的夾角為竣，則取樣點距離降膜吸收實驗管段的垂直距離^?為：
[0041]
[0042] 通常情況下液膜的厚度較薄，對取樣點液膜厚度綜的取樣精度提高造成較大障 礙。有兩方面的優化措施:(1)、盡量減小取樣口的口徑，同時提高取樣管的硬度，使之在液膜 沖擊下具有較小的形變量。間、采用相似原理指導實驗布置。相似原理一般情況下的應用是 為了在一個較小的模型上實現對較大的實物的流動、傳熱傳質特性的研究。在該實驗方法 中，相似原理的應用則反其道而行之。在集成化的降膜吸收器中，單根吸收管的管徑很小。 應用相似原理可W將降膜吸收實驗管段成倍擴大，液膜厚度隨之增厚，則取樣點液膜厚度 廣的取樣精度將會大大提升。
[0043] 降膜吸收實驗管段4之外的實驗系統與常規的降膜吸收實驗相同，即采用常規的 手段為降膜吸收實驗管段4模擬出狀態穩定的吸收溶液和被吸收氣體的入口實況。降膜吸 收實驗管段4被布液器2和集液器5固定，布液器頂蓋1偏屯、安裝在布液器2上，且其上壁面厚 度較厚，取樣口密封裝置8采用螺紋和0型密封墊圈10安裝在布液器頂蓋1上。充氣膨脹密封 橡膠圈9內置在取樣口密封裝置8的內部空間中；取樣管7穿過充氣膨脹密封橡膠圈9和取樣 口密封裝置8。充氣膨脹密封橡膠圈9起到固定和密封的作用，而取樣口密封裝置8的中屯、槽 道也起到約束取樣管7方向的作用。取樣管7可W在充氣膨脹密封橡膠圈9充氣不足時上下 移動和轉動，從而實現了取樣口位置的變換。一旦充氣膨脹密封橡膠圈9完全充氣，取樣管7 將被完全固定。取樣管方向標11固定在取樣管7上，取樣管7與基準線的夾角可由布液器頂 蓋1上的調度刻度讀出。
[0044] 操作流程為：
[0045] a.降膜吸收實驗管段4之外的實驗系統與常規的降膜吸收實驗相同，即采用常規 的手段為降膜吸收實驗管段4模擬出狀態穩定的吸收溶液和被吸收氣體的入口實況；
[0046] b.首先，將充氣膨脹密封橡膠圈9適當放氣，使得取樣管7可W上下移動和轉動。 調整好取樣管7的深度和角度之后，將充氣膨脹密封橡膠圈9充氣。充氣之后，充氣膨脹密封 橡膠圈9起到固定取樣管7作用。同時在充氣膨脹密封橡膠圈9膨脹的壓力和密封油的作用 下，將降膜吸收空間密封；
[0047] C.啟動降膜吸收實驗裝置，為降膜吸收實驗管段4模擬出狀態穩定的吸收溶液和 被吸收氣體的入口實況。當降膜吸收實驗管段4上布置的K型熱電偶溫度值恒定時，也就說 明降膜吸收系統達到穩態，啟動連接取樣器的負壓裝置即可實現取樣；
[0048] d. -次取樣完畢后，再次適當將充氣膨脹密封橡膠圈9放氣，調整取樣口位置，然 后充氣密封。等待K型熱電偶溫度恒定即可再次取樣。
[0049] e.重復上述步驟即可實現整個實驗的溶液分布式取樣和溫度測量。
[0050] f.實驗完畢，關閉整個降膜吸收實驗裝置，將充氣膨脹密封橡膠圈適當放氣即 可。
[0051] 本實用新型的優點為：
[0052] a.應用相似原理，使得液膜厚度增厚，為精確定位取樣口與吸收壁面的相對位置 提供了條件。
[0053] b.可W完成降膜吸收實驗管段分布式的溫度測量和溶液取樣，從而實現了更加 精細全面的降膜吸收特性實驗測試。
[0054] C.在更加完備的實驗數據的基礎上，可W發展出具有更好的延伸性、預測性和工 程實用性的吸收模型或實驗關聯式。
【主權項】
1. 一種采用分布式溶液取樣的降膜吸收實驗裝置，其特征是:包括布液器、降膜吸收實 驗管段、冷卻水入口、冷卻水出口、集液器、取樣管、取樣口密封裝置、充氣膨脹密封橡膠圈、 O型密封墊圈、K型熱電偶和取樣管，布液器設有布液器頂蓋，布液器和集液器分別安裝在降 膜吸收實驗管段的上方和下方，取樣口密封裝置以螺紋的方式裝配在布液器頂蓋上方，并 通過O型密封圈加以密封，充氣膨脹密封橡膠圈放置于取樣口密封裝置內，且在取樣口密封 裝置上開有充氣膨脹密封橡膠圈的充氣通道，取樣管從取樣口密封裝置和充氣膨脹密封橡 膠圈的下端穿過，K型熱電偶分布式布置在降膜吸收實驗管段壁上。
【文檔編號】G01N1/10GK205483308SQ201620093139
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月29日
【發明人】陳偉
【申請人】青島科技大學