阅读说明：本技术 一种适用于湍流场中微细颗粒运动过程观测的装置 (Device suitable for observing movement process of fine particles in turbulent flow field ) 是由 王利军 李晓恒 闫小康 张海军 曹亦俊 郑恺昕 苏子旭 杨涵曦 尧燕萍 赵首营 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于湍流场中微细颗粒运动过程观测的装置,包括竖向布置的管流段,管流段的上下端分别连通混合桶入料口和出料口,混合桶出料口与管流段之间设循环泵,管流段内设有格栅,混合桶的流体从管流段底部流经格栅后形成湍流,管流段两侧分别设有分光镜与双脉冲激光器,分光镜的两端分别安装有第一波长滤镜、第二波长滤镜、第一CCD相机和第二CCD相机,双脉冲激光器、第一CCD相机以及第二CCD相机的输入端分别与同步器的输出端电连,同步器输入端与数据处理系统的输出端电连,第一CCD相机和第二CCD相机的输出端与数据处理系统的输入端电连,本装置结构简单、操作方便、易于控制,能够为颗粒在湍流场中运动的机理研究提供条件。(The invention discloses a device suitable for observing the movement process of fine particles in a turbulent flow field, which comprises a pipe flow section which is vertically arranged, wherein the upper end and the lower end of the pipe flow section are respectively communicated with a material inlet and a material outlet of a mixing barrel, a circulating pump is arranged between the material outlet of the mixing barrel and the pipe flow section, a grid is arranged in the pipe flow section, fluid in the mixing barrel flows through the grid from the bottom of the pipe flow section to form turbulent flow, a spectroscope and a double-pulse laser are respectively arranged at two sides of the pipe flow section, a first wavelength filter, a second wavelength filter, a first CCD camera and a second CCD camera are respectively arranged at two ends of the spectroscope, the input ends of the double-pulse laser, the first CCD camera and the second CCD camera are respectively and electrically connected with the output end of a synchronizer, the input end of the synchronizer is electrically connected with the output end of a data processing system, and the output ends of the first CCD camera and the second CCD camera, The operation is convenient, the control is easy, and conditions can be provided for the research of the movement mechanism of particles in the turbulent flow field.)

一种适用于湍流场中微细颗粒运动过程观测的装置

技术领域

本发明涉及颗粒运动观测领域，具体涉及一种适用于湍流场中微细颗粒运动过程观测的装置。

背景技术

浮选法是选矿生产中最广泛应用的一种分选方法，是利用矿物表面物理化学性质差异来分选矿石的一种方法。随着富矿和易选别矿石资源日趋减少，矿产资源呈现品位低、嵌布细、赋存复杂的特点。为了更好地实现这类矿物的回收，选矿生产中常常需要通过细磨使矿物充分解离，由此产生了大量微细粒矿物。因此，有效浮选回收有用微细粒矿物对提高资源综合利用具有重要意义。

矿物浮选大多在湍流环境中进行。微细粒矿物质量小、动能低，难以突破气泡表面的液膜而实现粘附，浮选回收率较低。通过强化湍流环境，提高微细颗粒动能，可有效提高颗粒与气泡的碰撞效率。在浮选机内，通过强化搅拌，矿浆反复通过叶轮，颗粒和气泡在高湍流环境下发生碰撞。在浮选柱中，通过集成强湍流管路单元，也可有效提高对微细粒矿物的回收。因此，强化湍流环境可提高微细颗粒的动能，有利于微细颗粒的浮选回收。

对湍流场中颗粒运动的研究，不仅可以更深层次理解颗粒在湍流环境中的运动过程，同时对改进浮选过程、优化浮选工艺也具有重要意义。由于湍流的复杂性和随机性，现有的研究多采用数值计算的方法，实验数据较少。因此，开发一种观测湍流场中颗粒运动的装置对微细粒浮选过程研究具有重要意义。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种适用于湍流场中微细颗粒运动过程观测的装置，其结构简单、操作方便、易于控制，能够为颗粒在湍流场中运动的机理研究提供条件。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种适用于湍流场中微细颗粒运动过程观测的装置，包括竖向布置的管流段，所述管流段的上下两端分别通过管路连通混合桶的入料口和出料口，所述混合桶出料口与管流段之间的管路上设有循环泵，所述管流段内设有横向布置的格栅，混合桶的流体从管流段底部流经格栅后进入其上方的观测区形成湍流，所述管流段观测区的两侧分别设有分光镜与双脉冲激光器，所述双脉冲激光器与分光镜的连线水平布置，分光镜的两端分别安装有第一波长滤镜和第二波长滤镜，第一波长滤镜和第二波长滤镜的后方分别设有对应的第一CCD相机和第二CCD相机，所述双脉冲激光器的输入端、第一CCD相机的输入端以及第二CCD相机的输入端分别与同步器的输出端电性连接，所述同步器输入端与数据处理系统的输出端电性连接，第一CCD相机和第二CCD相机的输出端与数据处理系统的输入端电性连接。

优选地，所述第一波长滤镜选用532nm波长滤镜，第二波长滤镜选用570nm波长滤镜。

优选地，所述双脉冲激光器频率为0-15Hz。

优选地，所述分光镜与双脉冲激光器垂直布置，分光镜能够将接收的光线分成两束光线。

优选地，所述循环泵具有调节转速的功能。

本发明的有益效果在于：本装置结构简单、操作方便、通过调节循环泵转速改变管流段内部湍流场的速度和矿物颗粒的运动速度，数据处理系统能够计算颗粒的运动速度和湍流场的速度分布，本装置能够对易于控制的微细颗粒运动过程进行观测，为实现颗粒在湍流场中运动的机理研究提供了条件，实现了对湍流场和颗粒的同时测量，具有无接触、精度高、易于控制的优点，可实现对湍流场中颗粒速度的精确测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种适用于湍流场中微细颗粒运动过程观测的装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-混合桶；2-循环泵；3-格栅；4-管流段；5-双脉冲激光器；6-分光镜；7-第一波长滤镜；8-第二波长滤镜；9-第一CCD相机；10-第二CCD相机；11-同步器；12-数据处理系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种适用于湍流场中微细颗粒运动过程观测的装置，包括竖向布置的管流段4，所述管流段4的上下两端分别通过管路连通混合桶1的入料口和出料口，所述混合桶1出料口与管流段4之间的管路上设有循环泵2，所述循环泵2具有调节转速的功能，所述管流段4内设有横向布置的格栅3，混合桶1的流体从管流段4底部流经格栅3后进入其上方的观测区形成湍流，所述管流段4观测区的两侧分别设有分光镜6与双脉冲激光器5；

所述双脉冲激光器5频率为0-15Hz，所述双脉冲激光器5与分光镜6的连线水平布置，所述分光镜6与双脉冲激光器5垂直布置，分光镜6能够将接收的光线分成两束光线，分光镜6的两端分别安装有第一波长滤镜7和第二波长滤镜8，所述第一波长滤镜7选用532nm波长滤镜，第二波长滤镜8选用570nm波长滤镜，第一波长滤镜7和第二波长滤镜8的后方分别设有对应的第一CCD相机9和第二CCD相机10；

所述双脉冲激光器5的输入端、第一CCD相机9的输入端以及第二CCD相机10的输入端分别与同步器11的输出端电性连接，所述同步器11输入端与数据处理系统12的输出端电性连接，第一CCD相机9和第二CCD相机10的输出端与数据处理系统12的输入端电性连接；第一CCD相机9和第二CCD相机10分别记录颗粒和流场信息，将采集到的图像数据能够实时传递给数据处理系统12，实现数据的存储及处理。

工作原理：将荧光粒子(0-20μm，作为流场示踪粒子)、玻璃珠(代表颗粒)和去离子水在混合桶1混合，混合桶1底部出流，混合桶1出料口通过循环泵2和管路连接到管流段4底部，流体流经格栅3在其上方观测区形成湍流，然后回流至混合桶1。双脉冲激光器5激发出一道面激光，照射管流段4湍流区域的中心面。分光镜6垂直于被照射区域，激光照射下，荧光粒子的荧光(波长570nm)和玻璃珠反射的绿光(波长532nm)通过分光镜6后被分成两束，532nm波长滤镜可使波长532nm的绿光通过，颗粒运动信息被第一CCD相机9记录；570nm波长滤镜8可使波长570nm的红光通过，流场信息被第二CCD相机10记录。同步器11实现对双脉冲激光器5、第一CCD相机9和第二CCD相机10的同步控制，双脉冲激光器5每照射一次激光，第一CCD相机9和第二CCD相机10同时记录。数据处理系统12能够计算颗粒的运动速度和湍流场的速度分布。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。