近膜面流場測試裝置和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種近膜面流場測試裝置和系統(tǒng)，其中，所述裝置具有：本體，所述本體為長方體，且所述本體由有機玻璃制成，具有頂部、底部以及四壁，其中：在所述本體的內(nèi)部設(shè)置有六根等間距的中空纖維膜絲或測光光纖，所述中空纖維膜絲或測光光纖的一端固定在所述本體的底部，另一端通過可調(diào)節(jié)松緊的方式固定在所述本體的頂部。通過該裝置和系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對膜面氣液兩相流場測試和膜過濾污染實驗。
【專利說明】近膜面流場測試裝置和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及流場測試的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種近膜面流場測試裝置和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著環(huán)保意識的增強，出現(xiàn)了越來越多的污水處理裝置或系統(tǒng)。浸沒式膜生物反應(yīng)器(SMBR, Submerged Menbrane Bio-reactor)是膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)相結(jié)合的一種新型高效污水處理設(shè)備，由于其具有填充密度高、效率高、可自支撐、結(jié)構(gòu)簡單、成本和操作費用低等優(yōu)點，浸沒式膜生物反應(yīng)器被廣泛用于污、廢水再生利用過程。
[0003]不過，發(fā)明人發(fā)現(xiàn):濃差極化和膜污染問題一直是浸沒式膜生物反應(yīng)器運行中存在的主要問題，膜生物反應(yīng)器內(nèi)曝氣形成的氣液兩相流可以強化氣液兩相的紊動和減輕膜污染，因此研究膜面附近氣液兩相流流體力學特性對膜污染控制具有重要意義。但是，目前沒有對氣液兩相流的特性進行測試的設(shè)備或者裝置。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型實施例的主要目的在于提供一種近膜面流場測試裝置和系統(tǒng)，以實現(xiàn)對膜面氣液兩相流場測試和膜過濾污染實驗。
[0005]本實用新型的上述目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]一種近膜面流場測試裝置，其中，所述裝置具有:
[0007]本體，所述本體為長方體，且所述本體由有機玻璃制成，具有頂部、底部以及四壁，其中:
[0008]在所述本體的內(nèi)部設(shè)置有六根等間距的中空纖維膜絲或測光光纖，所述中空纖維膜絲或測光光纖的一端固定在所述本體的底部，另一端通過可調(diào)節(jié)松緊的方式固定在所述本體的頂部。
[0009]根據(jù)本實用新型的實施例的近膜面流場測試裝置的一個方面，在所述本體的四壁的一面的下方設(shè)置有進水口，在所述本體的四壁設(shè)置有布水器，所述進水口連接所述布水器。
[0010]根據(jù)本實用新型實施例的近膜面流場測試裝置的另一個方面，在所述本體的四壁的一面的上方設(shè)置有出水口，經(jīng)過所述出水口溢出的水溢流進入第一水箱中。
[0011]根據(jù)本實用新型實施例的近膜面流場測試裝置的再一個方面，所述本體的頂部具有負壓腔體，對進入所述負壓腔體的液體進行過濾，經(jīng)過濾的液體通過水泵進入到第二水箱。
[0012]根據(jù)本實用新型實施例的近膜面流場測試裝置的又一個方面，在所述本體的底部設(shè)置有孔徑不同的五個曝氣頭，所述五個曝氣頭設(shè)置于每兩根所述中空纖維膜絲或測光光纖的中間位置。
[0013]根據(jù)本實用新型實施例的近膜面流場測試裝置的又一個方面，所述本體的底部具有穩(wěn)壓腔體，對進入所述穩(wěn)壓腔體的氣體進行穩(wěn)壓，經(jīng)穩(wěn)壓后的氣體通過設(shè)置于所述本體的底部的曝氣頭進入所述本體的內(nèi)部。
[0014]根據(jù)本實用新型實施例的近膜面流場測試裝置的又一個方面，構(gòu)成所述本體的有機玻璃體的長和寬相同，高大于所述長和寬。
[0015]根據(jù)本實用新型實施例的近膜面流場測試裝置的又一個方面，在所述本體的內(nèi)部還放置有一塊可活動插板，所述可活動插板的長小于構(gòu)成所述本體的有機玻璃體的高，所述可活動插板的寬與構(gòu)成所述本體的有機玻璃體的長和寬相同。
[0016]一種近膜面流場測試系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括:
[0017]前述的近膜面流場測試裝置；
[0018]進出水系統(tǒng)，包含第一水箱、與所述第一水箱相連的第一水泵、以及與所述第一水泵相連的液體流量計，所述液體流量計與所述裝置的進水口相連，向所述進水口提供清水或污水，所述第一水箱還接收通過所述裝置的出水口溢流出的水；
[0019]負壓抽吸系統(tǒng)，包含第二水箱和與所述第二水箱相連的第二水泵，所述第二水泵連接所述裝置的負壓腔體，經(jīng)過所述負壓腔體過濾后的液體通過所述第二水泵進入到所述第二水箱；
[0020]曝氣系統(tǒng)，包含氣源和與所述氣源相連的氣體流量計，所述氣體流量計連接所述裝置的穩(wěn)壓腔體，向所述穩(wěn)壓腔體提供氣體；
[0021]PIV測試系統(tǒng)，利用粒子圖像測試技術(shù)對所述裝置的中空纖維膜絲或測光光纖的膜面上形成的氣液兩相流進行流場測試或者膜過濾污染實驗。
[0022]本實用新型實施例的有益效果在于:通過本實用新型的近膜面流場測試裝置和系統(tǒng)，可以實現(xiàn)膜面氣液兩相流場測試和膜過濾污染實驗。
[0023]參照后文的說明和附圖，詳細公開了本實用新型的特定實施方式，指明了本實用新型的原理可以被采用的方式。應(yīng)該理解，本實用新型的實施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權(quán)利要求的精神和條款的范圍內(nèi)，本實用新型的實施方式包括許多改變、修改和等同。
[0024]針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。
[0025]應(yīng)該強調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]參照以下的附圖可以更好地理解本實用新型的很多方面。附圖中的部件不是成比例繪制的，而只是為了示出本實用新型的原理。為了便于示出和描述本實用新型的一些部分，附圖中對應(yīng)部分可能被放大或縮小。在本實用新型的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。此夕卜，在附圖中，類似的標號表示幾個附圖中對應(yīng)的部件，并可用于指示多于一種實施方式中使用的對應(yīng)部件。在附圖中:
[0027]圖1是本實用新型的近膜面流場測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；[0028]圖2是本實用新型的近膜面流場測試系統(tǒng)的組成示意圖。
【具體實施方式】
[0029]為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖，對本實用新型實施例作進一步詳細說明。在此，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，但并不作為對本實用新型的限定。
[0030]實施例1
[0031]本實施例提供了一種近膜面流場測試裝置，圖1是該裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，請參照圖1，該裝置具有:
[0032]本體11，所述本體11為長方體,且所述本體11由有機玻璃制成,具有頂部111、底部112以及四壁113。在本實施例中，在所述本體11的內(nèi)部設(shè)置有六根等間距的中空纖維膜絲或測光光纖12，所述中空纖維膜絲或測光光纖12的一端固定在所述本體11的底部112，另一端通過可調(diào)節(jié)松緊的方式固定在所述本體11的頂部111。由于上端可以調(diào)節(jié)高度，由此可以實現(xiàn)膜絲或光纖在不同松動情況下的實驗研究。
[0033]在本實施例的一個實施方式中，該裝置的本體可以是長寬高分別為IOOmmX 100mmX632mm的長方體,每兩根膜絲或光纖之間的間隔為10mm。該實施方式只是根據(jù)實驗需求所列舉的一個較佳實施方式，本實施例并不以此作為限制，在具體實施中，可以根據(jù)實際實驗需求增加膜絲或光纖的個數(shù)，或改變該本地的長寬高，或改變每兩根膜絲或光纖之間的間隔，在此不再贅述。
[0034]在本實施例的一個實施方式中，中空纖維膜絲適用于膜污染實驗，而在清水實驗條件下，為了基于PIV (粒子圖像測速技術(shù))技術(shù)測試膜面的流場情況，可以用同等直徑的測光光纖代替中空纖維膜絲。同樣的，中空纖維膜絲和測光光纖分別用于膜污染實驗和清水實驗，也是舉例說明，在具體實施時，可以根據(jù)實驗要求改用其他具有類似功效的材料，本實施例并不以此作為限制。
[0035]在本實施例中，在所述本體11的四壁113的一面(在本實施例中，以圖1中所示的本體的四壁中右側(cè)的一面為例)的下方設(shè)置有進水口 13，所述進水口 13連接設(shè)置在所述本體11的四壁的布水器。
[0036]其中，本實施例并不限制所述進水口 13在所述四壁的一面的上下左右的位置關(guān)系，只要其位置便于連接上述布水器即可。
[0037]其中，上述布水器用于實現(xiàn)均勻進水，其可以是半圓形的，設(shè)置于所述裝置的本體的四壁，也可以是其他形狀的，本實施例并不以此作為限制。并且，在本實施例的一個實施方式中，也可以不設(shè)置該布水器，此時，該進水口 13直接與該裝置外部的進出水系統(tǒng)的液體流量計(其通過水泵連接水箱)相連，以實現(xiàn)進水。
[0038]在本實施例中，在所述本體11的四壁113的一面(在本實施例中，仍以圖1中所示的本體的四壁中右側(cè)的一面為例)的上方設(shè)置有出水口 14，經(jīng)過所述出水口 14溢出的水溢流進入第一水箱中。
[0039]其中，本實施例同樣不限制所述出水口 14在所述四壁的一面的上下左右的位置關(guān)系，只要其位置便于連接進入上述第一水箱的管道即可。或者，在一個實施方式中，該出水口 14通過一個軟管將通過該出水口 14的水引導到上述第一水箱，此時，該出水口 14的設(shè)置位置更加自由。
[0040]在本實施例中，所述本體11的頂部111還具有負壓腔體15，對進入所述負壓腔體15的液體進行過濾，經(jīng)過濾的液體通過水泵進入到第二水箱。
[0041]其中，當本實施例的裝置用于污水條件下的膜過濾污染實驗研究時，可以使用中空纖維膜絲進行膜過濾污染實驗，在該實施方式中，進氣和進水的方式與清水條件下相同，進入本實施例的裝置的污水在負壓抽吸的作用下，經(jīng)膜過濾后進入到中空纖維膜絲內(nèi)，然后進入到該裝置的本體上方的負壓腔體15內(nèi)，經(jīng)過濾后的水通過水泵進入到第二水箱中。由此，利用PIV測試系統(tǒng)可以實現(xiàn)膜過濾污染實驗。關(guān)于清水條件下的進氣和進水方式將在以下進行說明。
[0042]在本實施例中，在所述本體的底部設(shè)置有孔徑不同的五個曝氣頭16，所述五個曝氣頭16設(shè)置于每兩根所述中空纖維膜絲或測光光纖的中間位置。如圖1所示。
[0043]其中，這五個曝氣頭16的孔徑不同，但本實施例并不以此作為限制，在實際實施時，可以根據(jù)實驗需求設(shè)置相同和/或不同孔徑的曝氣孔，以安裝相應(yīng)的孔徑的曝氣頭。
[0044]在本實施例中，所述本體11的底部112具有穩(wěn)壓腔體17，對進入所述穩(wěn)壓腔體16的氣體進行穩(wěn)壓，經(jīng)穩(wěn)壓后的氣體通過設(shè)置于所述本體11的底部的曝氣頭進入所述本體的內(nèi)部。
[0045]其中，穩(wěn)壓腔體17的底部設(shè)置有進氣口(圖未示)，在清水條件下，用測光光纖取代中空纖維膜絲，保證了 PIV系統(tǒng)發(fā)出的激光透過纖維獲得膜面的流場信息，基于PIV熒光粒子法實現(xiàn)對膜面的氣液兩相流場的同步測試研究，該實驗條件下，來自鼓風機的氣體經(jīng)過氣體流量計計量后通過上述進氣口首先進入穩(wěn)壓腔體17進行氣體穩(wěn)壓，經(jīng)穩(wěn)壓的氣體通過不同孔徑的曝氣頭進入裝置底部光纖之間，同時進水由第一水箱利用水泵通過上述進水口進入，氣體進入液相形成氣液兩相流在測光光纖的膜面上升，出水通過設(shè)置在裝置上方的出水口溢流進入水箱I中，形成清水條件下的膜面流場測試循環(huán)系統(tǒng)。由此，利用PIV測試系統(tǒng)可以實現(xiàn)膜面氣流兩相流場測試。
[0046]在本實施例中，為了滿足不同的實驗情況，還可以在所述本體11的內(nèi)部放置一塊可活動插板(圖未示)，該可活動插板根據(jù)實驗的需要自由移動，以將本實施例的裝置的本體分為兩個區(qū)域，是實現(xiàn)基于PIV技術(shù)測試浸沒式中空纖維膜面處企業(yè)兩相流場的實驗研究。
[0047]在一個優(yōu)選實施方式中，所述可活動插板的長小于構(gòu)成所述本體的有機玻璃體的高，所述可活動插板的寬與構(gòu)成所述本體的有機玻璃體的長和寬相同。仍以本實施例的裝置的本地的長寬高分別為IOOmm X IOOmm X 632mm為例，可以在本實施例的裝置的本體內(nèi)部放置一塊長寬分別為572mmX IOOmm的可活動插板。當然，以上尺寸的說明也只是舉例，可以根據(jù)實際實驗需要調(diào)整其尺寸。
[0048]通過本實用新型的近膜面流場測試裝置，可以實現(xiàn)膜面氣液兩相流場測試和膜過濾污染實驗。
[0049]實施例2
[0050]本實施例還提供了一種近膜面流場測試系統(tǒng)，圖2是該系統(tǒng)的組成示意圖，請參照圖2，該系統(tǒng)包括:近膜面流場測試裝置21、進出水系統(tǒng)22、負壓抽吸系統(tǒng)23、曝氣系統(tǒng)24以及PIV測試系統(tǒng)25，其中，[0051]近膜面流場測試裝置21可以通過實施例1的裝置來實現(xiàn)，其內(nèi)容被合并于此，在此不再贅述。
[0052]進出水系統(tǒng)22包含第一水箱221、與所述第一水箱221相連的第一水泵222、以及與所述第一水泵222相連的液體流量計223，所述液體流量計223與所述裝置21的進水口相連，向所述進水口提供清水或污水，所述第一水箱221還接收通過所述裝置的出水口溢流出的水。
[0053]負壓抽吸系統(tǒng)23包含第二水箱231和與所述第二水箱231相連的第二水泵232，所述第二水泵232連接所述裝置的負壓腔體，經(jīng)過所述負壓腔體過濾后的液體通過所述第二水泵232進入到所述第二水箱231。
[0054]曝氣系統(tǒng)24包含氣源241 (可以是鼓風機)和與所述氣源241相連的氣體流量計242，所述氣體流量計242連接所述裝置的穩(wěn)壓腔體，向所述穩(wěn)壓腔體提供氣體。
[0055]PIV測試系統(tǒng)25利用粒子圖像測試技術(shù)(PIV)對所述裝置21的中空纖維膜絲或測光光纖的膜面上形成的氣液兩相流進行流場測試或者膜過濾污染實驗。
[0056]在本實施例中，該PIV測試系統(tǒng)25可以包括激光系統(tǒng)、冋步器、2臺(XD攝像系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)，其具體的實施與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此不再贅述。
[0057]通過本實用新型的近膜面流場測試系統(tǒng)，可以實現(xiàn)膜面氣液兩相流場測試和膜過濾污染實驗。
[0058]以上結(jié)合具體的實施方式對本實用新型進行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚，這些描述都是示例性的，并不是對本實用新型保護范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本實用新型的精神和原理對本實用新型做出各種變型和修改，這些變型和修改也在本實用新型的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種近膜面流場測試裝置，其特征在于，所述裝置具有: 本體，所述本體為長方體，且所述本體由有機玻璃制成，具有頂部、底部以及四壁，其中: 在所述本體的內(nèi)部設(shè)置有六根等間距的中空纖維膜絲或測光光纖，所述中空纖維膜絲或測光光纖的一端固定在所述本體的底部，另一端通過可調(diào)節(jié)松緊的方式固定在所述本體的頂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于， 在所述本體的四壁的一面的下方設(shè)置有進水口，在所述本體的四壁設(shè)置有布水器，所述進水口連接所述布水器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于， 在所述本體的四壁的一面的上方設(shè)置有出水口，經(jīng)過所述出水口溢出的水溢流進入第一水箱中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于， 所述本體的頂部具有負壓腔體，對進入所述負壓腔體的液體進行過濾，經(jīng)過濾的液體通過水泵進入到第二水箱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于， 在所述本體的底部設(shè)置有孔徑不同的五個曝氣頭，所述五個曝氣頭設(shè)置于每兩根所述中空纖維膜絲或測光光纖的中間位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于， 所述本體的底部具有穩(wěn)壓腔體，對進入所述穩(wěn)壓腔體的氣體進行穩(wěn)壓，經(jīng)穩(wěn)壓后的氣體通過設(shè)置于所述本體的底部的曝氣頭進入所述本體的內(nèi)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，構(gòu)成所述本體的有機玻璃體的長和寬相同，高大于所述長和寬。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，在所述本體的內(nèi)部還放置有一塊可活動插板，所述可活動插板的長小于構(gòu)成所述本體的有機玻璃體的高，所述可活動插板的寬與構(gòu)成所述本體的有機玻璃體的長和寬相同。
9.一種近膜面流場測試系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 權(quán)利要求1-8任一項所述的近膜面流場測試裝置； 進出水系統(tǒng)，包含第一水箱、與所述第一水箱相連的第一水泵、以及與所述第一水泵相連的液體流量計，所述液體流量計與所述裝置的進水口相連，向所述進水口提供清水或污水，所述第一水箱還接收通過所述裝置的出水口溢流出的水； 負壓抽吸系統(tǒng)，包含第二水箱和與所述第二水箱相連的第二水泵，所述第二水泵連接所述裝置的負壓腔體，經(jīng)過所述負壓腔體過濾后的液體通過所述第二水泵進入到所述第二水箱； 曝氣系統(tǒng)，包含氣源和與所述氣源相連的氣體流量計，所述氣體流量計連接所述裝置的穩(wěn)壓腔體，向所述穩(wěn)壓腔體提供氣體； PIV測試系統(tǒng)，利用粒子圖像測試技術(shù)對所述裝置的中空纖維膜絲或測光光纖的膜面上形成的氣液兩相流進行流場測試或者膜過濾污染實驗。
【文檔編號】G01M10/00GK203502199SQ201320569666
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】李春麗, 田瑞, 邱廣明, 邢世錄, 陶中蘭, 郭梟 申請人:內(nèi)蒙古工業(yè)大學