本發(fā)明涉及旋流過程中分散油滴的賦存形態(tài)研究，具體涉及一種含油污水在旋流時分散油滴賦存形態(tài)評價裝置及方法。

背景技術：

1、離心技術廣泛應用在含油污水處理工藝中，如離心泵通過葉柵驅動污水快速形成旋轉運動，利用旋轉離心力增加流程壓力；軸流泵通過葉柵驅動污水快速形成旋流，然后將旋轉的動能轉換為勢能增加流程壓力；動態(tài)旋流分離器通過葉柵驅動污水快速形成旋流，利用旋流的離心力完成密度不同的油水兩相分離等，然而，含油污水在形成旋轉過程中，速度的快速變化會引起污水中分散相分散相油滴賦存形態(tài)的變化，諸如被拉伸變形，或在剪切和湍流震蕩作用下而破碎等，油水分離是污水處理作業(yè)中的重要操作，根據油水分離stokes定理可知，

2、

3、式中，vu為油滴相對水相的沉降速度，m/s；a為離心加速度，m/s2；μ為連續(xù)相的粘度，pa；dp為分散油相的粒徑尺寸，m；δρ為輕重兩相密度差，kg/m3。

4、根據上式可知，油滴相對水相的沉降速度與其粒徑的二次方成正比，因此粒徑大小是決定污水處理中油水分離器作業(yè)的最重要因素之一，研究起旋過程中分散相油滴的賦存形態(tài)可以為優(yōu)化污水處理工藝，降低油水處理成本提供理論支撐；同時也是微液滴領域研究的重要方向之一。

5、利比亞工程學院的ibrahim和maloka教授使用激光粒度分析儀(lpsa)觀測了o/w性混合液經過離心泵后分散相油滴的尺寸分布規(guī)律。tulsa大學的rosanel?morales教授使用超聲波在線粒度分析儀(ues)探究了離心泵出口分散油滴尺寸分布隨葉柵轉速、含水率和流量對的變化規(guī)律，給出了分散油滴最大穩(wěn)定尺寸的預測模型，然而，這類方法僅僅可以測試離心泵出口分散相油滴粒徑分布，而無法探究分散相油滴破碎所發(fā)生的位置，更無法探究油滴的破碎過程。

6、浙江理工大學利用粒子圖像測速儀(piv)研究了離心泵中葉柵內部流體在不同流量條件下的流線，當離心泵在大于設計流量的條件下運行時，流場的速度分布規(guī)律與葉片的曲率相似，且流道中速度梯度與流量成正比關系，流經其中的分散相油滴可能會在強剪切應力作用下發(fā)生破碎；當入口流量小于設計流量時，流道中會出現明顯的渦流，其中壓力葉片尾部的渦流為逆時針旋轉，而吸力葉片尾部生成的是順時針渦流，雖然此時的速度梯度很小，但是渦流對流場的影響也不容忽視，此時分散相油滴的賦存形態(tài)變化將更加復雜；然而，該方法僅僅可以獲得葉柵內部流場特性，確定分散相油滴可能發(fā)生破碎的位置，無法考察油滴的變化和破碎過程，更忽略了流體進入葉柵前速度快速變化過程。

7、巴西campinas大學的perissinotto基于高速攝像手段觀測了流經baker-hughes公司的esp?p23透明離心泵的分散相油滴賦存形態(tài)變化規(guī)律，該方法可以拍攝到離心泵葉柵內部不同位置分散相油滴的賦存形態(tài)的變化規(guī)律，但是無法考察分散相油滴變形或破碎位置對應的流場參數，亦忽略了流體進入葉柵前速度快速變化過程。

8、綜上可知，現有技術對含油污水起旋過程中分散相油滴賦存形態(tài)的評價裝置和方法大多從宏觀上通過分析出口粒徑的變化討論油滴賦存形態(tài)，而缺乏一種裝置探究分散相油滴的賦存形態(tài)和流場參數之間的關系；同時兼顧流體形成旋流過程中速度變化對分散相油滴賦存形態(tài)的影響規(guī)律。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種含油污水在旋流時分散油滴賦存形態(tài)評價裝置及方法，以解決現有技術中，缺乏一種裝置探究分散相油滴的賦存形態(tài)和流場參數之間的關系；同時兼顧流體形成旋流過程中速度變化對分散相油滴賦存形態(tài)的影響規(guī)律的問題。

2、根據本發(fā)明實施例的第一方面，提供一種含油污水在旋流時分散油滴賦存形態(tài)評價裝置，所述裝置包括：

3、離心泵、流量調節(jié)閥、磁力起旋器、高速攝像機以及背壓調節(jié)閥；

4、所述離心泵通過流量調節(jié)閥與磁力起旋器入口相連，用于將水箱中的水通過流量調節(jié)閥泵入所述磁力起旋器中，所述磁力起旋器用于通過自身驅動軸上設置的起旋葉柵使進入到所述磁力起旋器內的流體形成旋流；

5、所述背壓調節(jié)閥與所述磁力起旋器的出口相連，通過所述離心泵以及磁力起旋器內的流體旋流將所述磁力起旋器內的流體通過磁力起旋器的出口，經背壓調節(jié)閥泵入到污水回收箱中；

6、所述高速攝像機設置在所述磁力起旋器的一側，所述高速攝像機用于對所述磁力起旋器的起旋葉柵入口處的油滴進行抓拍。

7、優(yōu)選地，

8、所述磁力起旋器包括：磁力座、異形石英燒杯、定位軸承、磁力轉子、微量注射器、驅動軸、起旋葉柵以及污水收集管；

9、所述起旋葉柵以同軸的方式固定設置在所述驅動軸的頂部，所述驅動軸的底部固定設置有磁力轉子，通過磁力座驅動磁力轉子以預設的轉速進行旋轉，所述磁力轉子帶動所述驅動軸轉動，所述驅動軸帶動所述起旋葉柵轉動，通過所述起旋葉柵的轉動使得進入到所述磁力起旋器內的流體在起旋葉柵作用下形成旋流；

10、所述定位軸承將所述驅動軸固定在所述異形石英燒杯的底部并使所述驅動軸與異形石英燒杯同軸；

11、所述異形石英燒杯的入口管線與所述流量調節(jié)閥的出口連接，用于所述水箱中的水進入到所述異形石英燒杯內；

12、所述異形石英燒杯的入口管線處還設置有微量注射器，通過所述微量注射器向所述異形石英燒杯內注入特定粒徑的分散油滴；

13、所述污水收集管設置在所述異形石英燒杯的頂部，所述污水收集管與所述背壓調節(jié)閥的入口連接，所述背壓調節(jié)閥的出口與所述污水回收箱連接。

14、優(yōu)選地，

15、所述流量調節(jié)閥與所述異形石英燒杯的入口管線之間設置有流量計以及壓力表；

16、調節(jié)所述背壓調節(jié)閥以及流量調節(jié)閥，配合所述流量計以及壓力表使得裝置內壓力與流量滿足預設的測試環(huán)境要求。

17、優(yōu)選地，

18、所述異形石英燒杯為透明材質加工耐壓2.0mpa的石英燒杯。

19、優(yōu)選地，還包括：

20、背景光源，所述背景光源設置在所述磁力起旋器的另一側，用于為所述磁力起旋器內部提供光照。

21、根據本發(fā)明實施例的第二方面，提供一種含油污水在旋流時分散油滴賦存形態(tài)評價方法，所述方法基于上述任意一項所述的一種含油污水在旋流時分散油滴賦存形態(tài)評價裝置，所述方法包括：

22、啟動離心泵，將所述水箱中的水泵入到所述所述異形石英燒杯內；調節(jié)所述流量調節(jié)閥和背壓調節(jié)閥使得裝置內壓力與流量滿足預設的測試環(huán)境要求；

23、當裝置內流量和壓力穩(wěn)定后，啟動所述磁力座并調節(jié)到預定轉速，所述磁力座通過磁力傳動驅動所述磁力轉子按照預定轉速進行旋轉，所述磁力轉子帶動所述驅動軸旋轉，所述驅動軸帶動所述起旋葉柵同步旋轉，帶動進入所述異形石英燒杯內的流體形成旋流；

24、根據預定粒徑計算需要注入的分散油相的體積，并利用所述微量注射泵向所述異形石英燒杯內注入分散油相，進而在所述異形石英燒杯內形成特定粒徑的油滴；

25、啟動設置在磁力起旋器兩側的背景光源和高速攝像機，通過所述高速攝像機對所述起旋葉柵入口、內部或出口處的油滴進行抓拍，并將所有拍攝的照片傳輸到終端；

26、所述終端采用image?j軟件對照片進行處理，獲得特定位置處油滴的賦存形態(tài)；

27、采用ansys?fluent軟件構建異形石英燒杯內流體在起旋葉柵作用下形成旋流過程的物理模型，通過數值模擬分析獲得流場內油滴的賦存形態(tài)所在的特定位置處的影響分散油滴破碎的流體力學參數；

28、將特定位置處的流體力學參數和特定位置處油滴的賦存形態(tài)進行匹配，獲得分散油滴在起旋過程中賦存形態(tài)和流體力學間的匹配關系。

29、優(yōu)選地，

30、所述特定位置處油滴的賦存形態(tài)包括：變形分散油滴的變形度、破碎油滴的破碎方式以及破碎后粒徑分布。

31、優(yōu)選地，

32、采用所述微量注射泵向所述異形石英燒杯內注入分散油相時，每次僅注入一顆油滴，避免多油滴相互重疊。

33、本發(fā)明的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：

34、本技術將離心泵通過流量調節(jié)閥與磁力起旋器入口相連，來自水箱的流量由流量調節(jié)閥調節(jié)，磁力起旋器出口經背壓調節(jié)閥后接入污水回收箱，磁力起旋器通過自身驅動軸上設置的起旋葉柵使進入到磁力起旋器內的水和油滴混合流體形成旋流；通過高速攝像機抓拍到油滴在特定工況下的賦存形態(tài)；本技術提供的裝置可以研究流量、壓力、轉速等多個操作參數對分散油滴賦存形態(tài)的影響，基于磁力傳動方式實現了無動密封的傳動，裝置結構簡單、運行安全可靠。

35、應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。