变倾角板式降膜吸收过程可视化装置及方法与流程

1.本发明涉及液膜流动监测技术领域，尤其涉及一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置及方法。


背景技术：

2.现有技术中，液膜流动监测采用水平管降膜吸收结构，其结构复杂、结构尺寸大和吸收效率低等制约吸收式热泵性能提升，其无法监测不同倾斜角度下的液膜流动图像，且无法监测在不同参数下的液膜流动情况，这不利于液膜流动的数据采集。
3.在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置，其解决了现有技术无法监测如倾斜状态下、不同压力、温度或浓度下的不同参数下的液膜流动的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置包括：
7.平板降膜吸收器，其可枢转连接角度调节器以调节相对于水平面的倾斜角度，所述平板降膜吸收器包括，
8.外壳，其设有导入液体的进液口、导出液体的出液口和导入蒸气的抽气口，所述进液口设有第一电控阀，
9.平板，其设在所述外壳内且沿重力方向延伸，所述平板具有第一表面和相对于第一表面的第二表面，
10.布液器，其设在所述外壳顶部以引导液体平铺于所述第一表面且以液膜的形式向下流动，
11.冷却单元，其包括设在所述平板底端的冷却水入口、设在所述平板顶端的冷却水出口以及控制冷却水流量的第三电控阀，来自冷却水入口的冷却水沿着所述平板的第二表面流向所述冷却水出口以逆流于液膜流动的方向，
12.真空泵，其经由第二电控阀连通所述抽气口，
13.压力传感器，其测量所述外壳内的压力数据，
14.温度传感器，其测量所述外壳内的温度数据，
15.拍摄单元，其朝向所述第一表面以生成液膜的流动图像数据，
16.处理单元，其一端连接所述压力传感器、温度传感器、另一端连接所述第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀、角度调节器和拍摄单元，所述处理单元基于所述流动图像数据关联所述压力数据、温度数据和流动图像数据。
17.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置中，基于倾斜角度，控制单元发送角度调节指令到所述角度调节器以调整倾斜角度，基于压力数据，控制单元发送压力调
节指令到所述第二电控阀以调节压力，基于温度数据，控制单元发送温度调节指令到所述第三电控阀以调节冷却水流量。
18.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置中，所述第二表面的顶部设置有流通所述布液器的溢流槽，溢出所述溢流槽的液体经由所述布液器平铺于所述第一表面并以液膜的形式向下流动。
19.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置中，所述变倾角板式降膜吸收过程可视化装置还包括连通所述溢流槽的溶液发生器，其包括，
20.储液器，其容纳液体，所述储液器经由第一电控阀连接所述进液口，
21.流量计，其设于所述储液器和所述进液口之间以测量液体的流量数据，
22.电加热器，其设于所述储液器以加热所述液体，
23.所述处理单元基于所述流量数据发送流量指令到所述第一电控阀。
24.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置中，所述变倾角板式降膜吸收过程可视化装置还包括连通所述外壳底部的溶液回收器，所述溶液回收器连通所述溶液发生器以循环使用所述液体，所述溶液回收器和所述外壳底部之间设有第四电控阀。
25.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置中，所述溢流槽设有测量液体浓度的浓度传感器，处理单元电连接所述浓度传感器。
26.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置中，所述冷却单元与位于所述外壳外部的恒温水浴单元液体连通以循环冷却水。
27.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置中，所述角度调节器经由可调式支撑杆连接所述外壳，使得所述平板降膜吸收器的倾斜角度为0
‑
90度。
28.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置中，所述变倾角板式降膜吸收过程可视化装置还包括经由第五电控阀连通所述抽气口的蒸气发生器，其包括用于加热的加热件。
29.根据所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置的处理方法包括以下步骤，
30.通过角度调节器调节平板降膜吸收器相对于水平面的倾斜角度，
31.引导液体平铺于所述第一表面且以液膜的形式向下流动，通过抽气口导入蒸气进入外壳内且来自冷却水入口的冷却水沿着所述平板的第二表面流向所述冷却水出口以逆流于液膜流动的方向，
32.拍摄单元朝向所述第一表面以生成液膜的流动图像数据，
33.处理单元调节倾斜角度、压力数据和温度数据后，拍摄单元继续生成液膜的流动图像数据。
34.在上述技术方案中，本发明提供的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置，具有以下有益效果：与现有技术相比，变倾角板式降膜吸收过程可视化装置结构简单、吸收效率高，且可以通过影像技术捕获吸收工质在平板上以液膜形式瞬时流动以及改变平板吸收角度时液膜流动特征，通过改变平板的倾斜角度，使装置实现0
‑
90
°
范围可调。通过影像捕获吸收工质在平板上以液膜形式瞬时流动的特征，研究多个角度对液膜流动的影响。同时，装置可改变控制参数、吸收工质浓度、流速、冷却水流量、温度、吸收压力、吸收器的倾斜角度和结构参数平板表面结构或粗糙度等等因素变量，为探究影响流动特征的因素，揭示平板降膜吸收的流动特性和吸收特性机理创造良好的实验研究基础。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明实施例提供的变倾角板式降膜吸收过程可视化装置的结构示意图；
37.图2为本发明实施例提供的变倾角板式降膜吸收过程可视化装置的简化结构示意图。
具体实施方式
38.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
39.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
40.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
41.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
42.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
44.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
45.参见图1
‑
2所示，在一个实施例中，本发明的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置包括，
46.平板降膜吸收器18，其可枢转连接角度调节器17以调节相对于水平面的倾斜角度，所述平板降膜吸收器18包括，
47.外壳，其设有导入液体的进液口5、导出液体的出液口和导入蒸气的抽气口，所述进液口5设有第一电控阀3，
48.平板13，其设在所述外壳内且沿重力方向延伸，所述平板13具有第一表面和相对于第一表面的第二表面，
49.布液器7，其设在所述外壳顶部以引导液体平铺于所述第一表面且以液膜的形式向下流动，
50.冷却单元，其包括设在所述平板13底端的冷却水入口19、设在所述平板13顶端的冷却水出口8以及控制冷却水流量的第三电控阀，来自冷却水入口19的冷却水沿着所述平板13的第二表面流向所述冷却水出口8以逆流于液膜流动的方向，
51.真空泵14，其经由第二电控阀12连通所述抽气口，
52.压力传感器9，其测量所述外壳内的压力数据，
53.温度传感器10，其测量所述外壳内的温度数据，
54.拍摄单元23，其朝向所述第一表面以生成液膜的流动图像数据，
55.处理单元，其一端连接所述压力传感器9、温度传感器10、另一端连接所述第一电控阀3、第二电控阀12、第三电控阀、角度调节器17和拍摄单元23，所述处理单元基于所述流动图像数据关联所述压力数据、温度数据和流动图像数据。
56.变倾角板式降膜吸收过程可视化装置的平板13吸收器可整体变换吸收角度，同时可结合影像处理技术捕获吸收工质在平板13以液膜形式瞬时流动，呈现平板降膜流动时三维的液膜流态。通过可调式支撑杆改变平板13倾斜角度，使平板降膜吸收器18实现0
‑
90
°
范围可调，可精确测量温度、吸收压力和流量等参数，以及显示液膜的瞬态流动状态，为科研人员研究膜状流、小溪流和液滴流等局部流动行为，以及揭示平板降膜吸收的流动特性和吸收特性机理创造良好的实验研究基础。
57.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置的优选实施例中，基于倾斜角度，控制单元发送角度调节指令到所述角度调节器17以调整倾斜角度，基于压力数据，控制单元发送压力调节指令到所述第二电控阀12以调节压力，基于温度数据，控制单元发送温度调节指令到所述第三电控阀以调节冷却水流量。
58.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置的优选实施例中，所述第二表面的顶部设置设有流通所述布液器7的溢流槽6，溢出所述溢流槽6的液体经由所述布液器7平铺于所述第一表面并以液膜的形式向下流动。
59.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置的优选实施例中，所述变倾角板式降膜吸收过程可视化装置还包括连通所述溢流槽6的溶液发生器1，其包括，
60.储液器，其容纳液体，所述储液器经由第一电控阀3连接所述进液口5，
61.流量计4，其设于所述储液器和所述进液口5之间以测量液体的流量数据，
62.电加热器2，其设于所述储液器以加热所述液体，
63.所述处理单元基于所述流量数据发送流量指令到所述第一电控阀3。
64.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置的优选实施例中，所述变倾角板式降膜吸收过程可视化装置还包括连通所述外壳底部的溶液回收器22，所述溶液回收器22
连通所述溶液发生器1以循环使用所述液体，所述溶液回收器22和所述外壳底部之间设有第四电控阀21。
65.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置的优选实施例中，所述溢流槽6设有测量液体浓度的浓度传感器，处理单元电连接所述浓度传感器。
66.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置的优选实施例中，所述冷却单元与位于所述外壳外部的恒温水浴单元液体连通以循环冷却水。
67.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置的优选实施例中，所述角度调节器17经由可调式支撑杆连接所述外壳，使得所述平板降膜吸收器18的倾斜角度为0
‑
90度。
68.所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置的优选实施例中，所述变倾角板式降膜吸收过程可视化装置还包括经由第五电控阀11连通所述抽气口的蒸气发生器15，其包括用于加热的加热件16。
69.在一个实施例中，变倾角板式降膜吸收过程可视化装置的结构将由平板降膜吸收器18、溶液存储器1、真空泵14、溶液回收器22、蒸汽发生器、冷却水系统和数据采集系统组成。平板降膜吸收器18是该装置的核心部件，通过液体在重力作用下沿着倾斜或垂直表面向下自由流动形成降膜流动，可以通过吸收液形成流动的液膜进行对气体的吸收，来达到传热和传质的作用。其中，平板降膜吸收器18的长方体外壳材料为有机玻璃，内部平板13为不锈钢材料，平板13壁前为水蒸气区，平板13壁后为水冷却区，平板13壁后顶部设置溶液溢流槽6，吸收器两侧分别设置溶液和冷却水进出口以及抽气口；溶液存储器外壳为玻璃材料，内置可控温的电加热器2；溶液回收器22与溶液存储器体积相近，外壳也为玻璃材料；蒸汽发生器15外壳为玻璃材料，内置可控温的电加热器2；恒温水浴单元由恒温水浴单元25和水泵24组成；数据采集系统主要由压力传感器9、热电偶、流量计4、高速相机23等组成；真空泵14与平板降膜吸收器18上的抽气口连接。
70.在一个实施例中，溶液发生器1包括浓溶液储液罐，其中的溴化锂溶液调整到所需要的浓度。溶液在储液器中储存。打开阀门，溶液从储液器流出到溢流槽6。溢流槽6的作用是可以让溶液能够缓慢进入平板13并且均匀分布。待溢流槽6盈满之后，溢出的液体经过布液器7后平铺到平板13上，以液膜的形式向下流动。在流动的过程中，均匀平铺在平板13上的液膜与平板13吸收器内部的水蒸气进行传热和传质。溶液形成的液膜流至平板13吸收器的底部，打开阀门，再让溶液回到溶液回收器22里。溶液流动控制系统中主要包括流动的过程和传热传质的过程。流动的过程分为垂直向下流动或者是倾斜向下流动，可通过角度调节器17控制流动角度。
71.在一个实施例中，通过pid控制仪控制蒸汽发生器15里面的蒸汽的温度，在低压下使得蒸汽发生器产生水蒸气，产生水蒸气后打开阀门11，使水蒸气进入并且充满平板13吸收器，水蒸气在平板13吸收器里与实验溶液进行传热和传质的过程。
72.在一个实施例中，开启冷却单元，通过冷却水入口19把一定温度的冷却水输入到平板13的底侧，并与平板13中的溶液呈现逆流的形式，从冷却水出口8流出，在此过程中冷却水回收溶液与水蒸气在吸收过程中产生的溶解热。在一个实施例中，溶液回收器22和外壳之间的管道设有单向阀20。
73.在一个实施例中，开启真空泵14，抽真空，确保抽真空结束后，斜板式吸收器稳定后的压力为相应溶液、温度下对应的饱和蒸气压。角度调节器17调节角度0
‑
90
°
,用于研究
不同角度对液膜流动状态的影响。
74.在一个实施例中，拍摄单元23为高速相机，其对溶液流动的过程逐时拍照，通过图像进一步研究液膜的流动状态。
75.本变倾角板式降膜吸收过程可视化装置通过有机玻璃材质观察液体在平板上的流动过程，实现流动过程的可视化；通过角度调节器，在斜板上溶液流动过程中逐时改变斜板倾斜角度，实现倾角可变的变角度调节；通过高速相机捕捉不同倾斜角下平板上液膜的3d瞬态流动状态，呈现液膜的3d复杂流动微观状态影像。
76.根据所述的一种变倾角板式降膜吸收过程可视化装置的处理方法包括以下步骤，
77.通过角度调节器17调节平板降膜吸收器18相对于水平面的倾斜角度，
78.引导液体平铺于所述第一表面且以液膜的形式向下流动，通过抽气口导入蒸气进入外壳内且来自冷却水入口19的冷却水沿着所述平板13的第二表面流向所述冷却水出口8以逆流于液膜流动的方向，
79.拍摄单元23朝向所述第一表面以生成液膜的流动图像数据，
80.处理单元调节倾斜角度、压力数据和温度数据后，拍摄单元23继续生成液膜的流动图像数据。
81.本方法可整体变换吸收角度，实现0
‑
90
°
范围可调，同时可结合影像处理技术呈现平板降膜流动时三维的液膜流态。解决了传统水平管降膜结构复杂和尺寸较大的问题，同时该装置可精确测量温度、吸收压力和流量等参数，以期通过该装置可以研究膜状流，小溪流和液滴流等局部流动行为，助力研究人员完成平板降膜吸收流动和吸收机理的揭示。
82.最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
83.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。