基于深度学习的气液固三相反应器图像分析方法及应用

气液固三相反应器中复杂的颗粒背景给流动参数的图像检测带来巨大挑战。发展了一种基于深度学习的气液固三相反应器图像分析方法,包括采集图像、制作训练集、建立图像识别模型和提取流动参数四个步骤。采用全卷积神经网络,在学习率为0.005、训练次数为2000次、训练集大小超过400张图像的条件下,图像识别误差小于5%。利用该方法可以获取三相反应器中局部相含率（气相分数和液相分数）及其空间分布、时间序列等信息,再采用时域分析、频率分析、小波分析等分析方法提取二次参数,可用于流型识别、压降预测和气液分布的均匀性判别等。将该方法用于涓流床中流动参数的检测,结果表明,局部液相分数的时间序列信号及其功率谱、概率密度分布均能清晰地区分涓流、脉冲流、鼓泡流等典型流型;时间序列信号的均值、标准差、极差和概率密度分布曲线半峰宽等特征参数可用于确定流型边界;平均液相分数可以用于预测涓流区的压降,计算值与实验测量值的平均相对偏差约为15%;液相分数空间分布的标准差可用于表征涓流床中不同流型的气液分布均匀性。该方法为气液固三相反应器的研究提供了新的工具。     

气液固三相并流系统流型的混沌识别

运用确定性混沌分析技术，研究了气液固三相并流系统散式鼓泡流、聚式鼓泡流、柱塞流、泡沫流及环状流压力波动信号的混沌动力学行为。结果表明，吸引子可以用来表征气液固三相并流系统的动力学行为，混沌特征参数相关维D2和K熵可以用来定量识别以上五种流型。以混沌定量识别为基础，给出了三相并流系统的流型图。     

涓流床反应器中流区过渡的气相渗透率表征

由于Ergun方程可适用于气液间无相互作用的两相流动压降计算,并且由气相单相和气液两相并流下的气相压降比值可计算气相相对渗透率,因此,Ergun方程可用于涓流床中不同流区过渡和气液相互作用程度的表征。为检验这一方法的有效性,实验测定了空气-水体系在内径140mm有机玻璃塔中不同粒径玻璃珠(1.9、3.6、5.2、9.3mm)组成的床层压降和持液量。由于采用了压力传感器和电容层析成像仪,因此可测定脉冲流状态下的瞬态数据。通过压降的实验值与理论值比较,发现Ergun方程的适用范围有限,在没有进入脉冲流前先已失效,说明此时气液间作用已经相当显著。鉴于此,改用气液两相压降实验值代替理论值进行了气体渗透率的计算,发现不同气液流速和颗粒直径下出现脉冲流时的气体渗透率均低于0.08。     

基于图像动态纹理特征的气固流化床流型识别

准确识别流型是气固流化床二相流参数检测的重要内容,文中提出一种基于图像光流法和动态纹理特征相 结合的气固流化床流型识别的新方法.实验是在气固流化床二相流实验系统上利用高速摄影系统获取流型图像.流型图像分别为鼓泡床,节涌床,湍动床,快速流化床,稀相输送等5种典型流型.首先对获取的不同流型图像分别进行去噪和对比度拉伸...     

渣油加氢沸腾床的多相流流动特性模拟

采用欧拉-欧拉-欧拉三相流模型,对STRONG沸腾床渣油加氢反应器进行了二维冷模多相流动过程模拟。其中液-固相间作用力采用Syamlal-O’Brien模型,气-液相间作用力采用Schiller-naumann模型,忽略气固之间的作用力。由气含率、液含率、固含率云图随时间的变化,可以看出催化剂在气液两相的作用下,逐渐实现了流化;在三相分离器的作用下,气相、液相、固相实现了分离,气相富集在三相分离器上端,液相从侧出口流出,固相在流化床内实现了循环利用。同时模拟结果表明,三相分离器分离效果理想,但是在局部截面积较小和结构复杂地方会出现局部湍流,不利于分离的进行。     

基于声发射的气固两相流流型识别

气固流化床中流型的识别是两相流相关参数检测的重要内容。利用声发射检测技术对气固流化床进行数据采样,结合数理统计、小波算法以及信息熵等方法提取气固流化床中不同流型的特征参数。由实验结果可知,此方法提取出的特征参数真实反映了典型气固流型下的动力学特征,在流化床中,鼓泡床、湍动床和快速流化床在时域、频域有着显著的区别。将小波能量、数理统计的结果以及小波包分解后的信息熵导入支持向量机(SVM)中,进行气固流型识别,正确率85%。因此,声发射检测技术与支持向量机相结合的方法可用于气固两相流流型的识别,具有一定的可行性。     

色谱技术测定传递系数和吸附系数讲座(七)

<正> 在上一讲中介绍的色谱技术测定传递系数和吸附系数的应用局限于气固体系。但它们也能应用于气液、液固或气液固三相的体系。本讲中要介绍它们在浆化反应器(slurry reactor)和涓流床反应器(trickle-bed reactor)中的应用。 一、浆化反应器     

天然气水合物输送管道气液固三相流运动特性分析

气液固三相流动是多相流体力学中非常重要和难以解决的问题之一。目前对于多相流的研究,重点还在于两相流,对三相湍流流动正在开展和进行中。在气液两相流流动的基础上,增加天然气水合物固相。分析固相的加入对流体压力、密度、体积等参数产生的影响,使天然气水合物的研究更加深入。在气液固三相流模拟中,通过改变天然气固体颗粒直径、密度来研究天然气水合物三相流体参数的变化,而三相流体参数的变化反过来又会影响天然气水合物的颗粒直径,在实际开发中难以达到的情况下,利用数值模拟可以具体反映二者的变化关系,为以后天然气水合物的开发提供了更精确的数值及合适的开采方案。     

气-液-固三相搅拌槽反应器模型及模拟研究进展

综述了气-液-固三相搅拌槽反应器模型和模拟的研究进展。讨论了可用于气-液-固三相流的模拟方法,三相流模型适合于气-液-固三相搅拌槽反应器的数值模拟。给出了气-液-固三相搅拌槽反应器数值模拟的研究进展,目前研究中还缺乏基于机理的相间作用力模型,常用的湍流模型不能描述搅拌槽内的各向异性,没有局部性质的实验数据导致气-液-固三相搅拌槽反应器的模型和模拟无法得到充分验证。建议在今后的研究中构建"两尺度"气-液-固三相湍流单元胞模型,扩展两流体显式代数应力模型为三流体模型,开发局部照相探针技术及相应的图像处理软件。     

气-液-固三相床合成气直接制取二甲醚

介绍了气-液-固三相床合成气直接制取二甲醚的实验方法,重点考察了双功能催化剂的种类、双功能基的配比、反应温度和反应压力对合成二甲醚的影响,得出了气-液-固三相床中合成气直接制取二甲醚的最佳工艺条件。     

小型气-液-固流化床液相的停留时间分布

采用脉冲示踪技术,研究了3 mm床径的小型气-液-固流化床内液相停留时间分布。以KCl为示踪剂,液相为去离子水,气相为空气,固相为平均粒径0.123~0.222 mm的玻璃微珠和氧化铝颗粒,测量流化床出口液相的电导率,得到其停留时间分布曲线。结果表明,增大表观液速和表观气速,分布曲线变窄,平均停留时间缩短,Peclet数增大;固相的存在使液相的平均停留时间增长。表观液速1.96~15.70 mm?s~(-1),表观气速1.18~1.96 mm?s~(-1)的条件下,流动接近层流;平均停留时间的范围为(19.6±0.34)s~(48.0±0.92)s,建立的Pe经验关联式对实验结果有较好的预测,偏差在±25%以内。研究结果对于小型三相流化床的设计放大具有指导意义。     

微型气液固三相等温微分浆态床反应器的优化

针对气液固三相浆态床催化反应中,传递、反应、催化剂的原位表征均比较复杂的问题,为了有利于气、固相均匀分散于液相和反应温度在反应器中实现等温,通过对气液固三相反应工艺特性和反应器性能要求的分析,对微型气液固三相浆态床反应器进行了优化。根据微型浆态床对气液固三相反应分析的要求,采用图像法研究了分布器为G1、G2、G3,砂板直径为2、2.5、3 cm反应器中的流体力学性能特征,考察了气体流速、温度、反应器直径及气体分布器对气含率、气泡尺寸、气泡上升速率以及气泡分布的影响,并进行流体动力学模拟计算,确定了微型浆态床反应器的直径为2 cm,气体分布器为G3砂板的反应器结构,该反应器可以应用于反应过程中间态及液体产物生成过程的测试。     

液—气—固三相在机械搅拌下形成混合体系的流体力学

本文讨论了在设置搅拌的混合釜中能形成液－气－固三相混合体系扩散的流体力学条件。根据Rushton型搅拌器和折叶式涡轮搅拌器的实验结果,介绍了液－气－固三相扩散而形成混合体系的机理,比较了两者产生径向和轴向液体流动形式的殊异性,并评价它们在液－气－固三相混合体系中的作用。     

小型气-液-固流化床液相的停留时间分布

采用脉冲示踪技术,研究了3 mm床径的小型气-液-固流化床内液相停留时间分布。以KCl为示踪剂,液相为去离子水,气相为空气,固相为平均粒径0.123~0.222 mm的玻璃微珠和氧化铝颗粒,测量流化床出口液相的电导率,得到其停留时间分布曲线。结果表明,增大表观液速和表观气速,分布曲线变窄,平均停留时间缩短,Peclet数增大;固相的存在使液相的平均停留时间增长。表观液速1.96~15.70 mm×s^-1,表观气速1.18~1.96 mm×s^-1的条件下,流动接近层流;平均停留时间的范围为（19.6±0.34）s~（48.0±0.92）s,建立的Pe经验关联式对实验结果有较好的预测,偏差在±25%以内。研究结果对于小型三相流化床的设计放大具有指导意义。     

概论多相反应系统的开发与设计

论述了气－液、气－液－固三相淤浆床及涡流床、气－固相固定床、气－固相流化床等多相反应系统的工业应用。并介绍了国内反应工程工业实践成果的参考索引。     

三相循环流化床中气泡上升速度的实验研究

开发了一种新型的光纤探头多相流气泡测试系统,可用于气－液两相和气－液－固三相体系中气泡参数的测定。应用此系统研究了三相循环流环化床中不同径同位置气泡的上升速度分布,气泡上升速度均值的径向布以及操作条件对这现任中分布的影响。     

基于声发射技术的垂直管气液两相流动检测方法

声发射(AE)作为一种无损检测手段,用于气液两相流的测量具有非侵入式、测量不破坏被测管道及流场分布,信号强、灵敏度高等优点。利用声发射技术在河北大学垂直管气液两相流管道上进行了大量实验,运用现代信息数据处理方法对气液两相流垂直管道流型特征参数进行了提取。分析结果表明利用声发射手段提取出的流型特征参数可以反映出典型流型下的动力学特征。垂直管道中,泡状流、弹状流、环状流以及过渡状态下的乳沫状流在时域和频域信号中有着明显区别,小波能量和小波包分解后的信息熵的值也存在较大的差异性,从另一角度验证了在不同流型下两相流体在管道内部不同的运动状态,利用模式识别的思想,对垂直管4种典型流型进行了流型识别,取得了较好的效果,研究结果表明声发射技术可以作为一种技术手段用于气液两相流流动的检测。     

基于声发射技术的垂直管气液两相流动检测方法

声发射（AE）作为一种无损检测手段,用于气液两相流的测量具有非侵入式、测量不破坏被测管道及流场分布,信号强、灵敏度高等优点。利用声发射技术在河北大学垂直管气液两相流管道上进行了大量实验,运用现代信息数据处理方法对气液两相流垂直管道流型特征参数进行了提取。分析结果表明利用声发射手段提取出的流型特征参数可以反映出典型流型下的动力学特征。垂直管道中,泡状流、弹状流、环状流以及过渡状态下的乳沫状流在时域和频域信号中有着明显区别,小波能量和小波包分解后的信息熵的值也存在较大的差异性,从另一角度验证了在不同流型下两相流体在管道内部不同的运动状态,利用模式识别的思想,对垂直管4种典型流型进行了流型识别,取得了较好的效果,研究结果表明声发射技术可以作为一种技术手段用于气液两相流流动的检测。     

微通道气液两相流型及界面面积测定

以氢氧化钠水溶液及纯二氧化碳气体为工质,研究了石英玻璃微通道中的气液两相流流型及两相界面面积.实验中可清晰分辨的流型为弹状流(Slug),弹状-环状流(Slug-annular)及搅拌流(Churn),由实验观测的结果建立了相应的流型图并与Triplett实验结果进行了比较,结果表明高液相表观流速对流型转换影响较大.在微通道中可以实现比较高的气液两相界面面积,实验范围内气液两相界面面积高达5 070 m2/m3.两相界面面积随气相表观流速的增加而增加,而液相表观流速对两相界面面积的影响则不显著.相对于弹状流区域,在弹状-环状流及搅拌流区域可以实现比较高的传质界面面积.搅拌流区域气液两相界面面积可以采用气液表观雷诺数进行很好关联,其绝对平均偏差仅为3.76%.     

气(汽)-液-固三相流研究进展

纵观气 -液 -固三相流研究进展 ,大体上出现了三种趋势 :(1 )为实际应用而开发新型的三相循环流化床 ;(2 )对床内的汽泡行为和粒子行为进行基础研究 ;(3 )以计算流体力学和气液、气固以及固固相间流体力学理论为基础 ,依靠计算机模拟来进行设计优化和放大服务