在多相流研究領(lǐng)域，氣液鼓泡床廣泛存在于生物化工、石油化工、廢水處理、能源等諸多關(guān)鍵行業(yè)場景中。深入研究氣液鼓泡床中的氣泡行為，對(duì)于理解和優(yōu)化多相流過程至關(guān)重要。

氣泡在液相中的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，頻繁發(fā)生的聚并與破碎現(xiàn)象，對(duì)流動(dòng)阻力和相間傳質(zhì)產(chǎn)生著深遠(yuǎn)影響。氣含率、氣泡速率及其分布、氣泡尺寸及其分布等參數(shù)，成為描述氣泡復(fù)雜行為的關(guān)鍵指標(biāo)。因此，一款高精度、高穩(wěn)定性且重復(fù)性良好的氣泡行為測量儀器，是多相流領(lǐng)域研究進(jìn)展的核心需求，而基于光纖探針的氣泡行為測量儀Bubble-Pro正是滿足這一需求的有力工具。

一、Bubble-Pro的測量原理與功能實(shí)現(xiàn)

Bubble-Pro能夠精準(zhǔn)測量多相流（氣體作為離散相、液體作為連續(xù)相）中的局部氣含率、氣泡速率和氣泡弦長等關(guān)鍵參數(shù)。其工作原理基于對(duì)光纖探針信號(hào)的巧妙處理，通過將光纖探針信號(hào)進(jìn)行方波化，利用探針在氣相中的采樣點(diǎn)數(shù)與總采樣點(diǎn)數(shù)的比例關(guān)系，精確計(jì)算局部氣含率，進(jìn)一步沿徑向積分得到平均氣含率。在測量氣泡速率時(shí)，借助對(duì)兩列光纖探針信號(hào)的相關(guān)性分析，能夠準(zhǔn)確獲取每個(gè)氣泡的上升速率。而氣泡弦長的測量，則依據(jù)探針掃過氣泡的時(shí)長來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，Bubble-Pro還具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，為研究人員提供氣泡速率和氣泡弦長的詳細(xì)分布數(shù)據(jù)，全面呈現(xiàn)氣泡行為特征。

二、優(yōu)質(zhì)的硬件性能，保障測量可靠性

（一）適應(yīng)極端環(huán)境的密封設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用場景中，多相流體系常常處于高溫、高壓以及含有機(jī)溶劑的復(fù)雜環(huán)境。Bubble-Pro在硬件設(shè)計(jì)上采用高強(qiáng)度無機(jī)膠對(duì)光纖進(jìn)行密封，整個(gè)密封過程不涉及有機(jī)物質(zhì)，這一特性使其具備出色的耐有機(jī)溶劑性能，極大地拓展了測量范圍。高強(qiáng)度無機(jī)膠與不銹鋼管密封后，經(jīng)過高溫焙燒處理，顯著增強(qiáng)了膠的粘結(jié)性能，使其能夠在高溫、高壓體系的氣液多相流測量中穩(wěn)定工作，為研究提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

（二）高靈敏度的光纖探針前端設(shè)計(jì)

Bubble-Pro光纖探針前端采用熱熔拉伸工藝，該工藝賦予了探針卓越的靈敏度。當(dāng)探針前端處于氣相時(shí)，光在探針尖端為強(qiáng)反射，；而當(dāng)探針處于液相時(shí)，探針尖端為弱反射。光信號(hào)具有響應(yīng)迅速的特點(diǎn)，使得探針能快速檢測探針尖部所處相態(tài)的變化，這種敏銳的響應(yīng)特性使得它能夠精準(zhǔn)捕捉到微小氣泡的瞬間變化，為研究氣泡的動(dòng)態(tài)行為提供了高精度的測量基礎(chǔ)。

（三）極小對(duì)流場擾動(dòng)的纖細(xì)設(shè)計(jì)

在接觸式測量中，測量探針對(duì)流場的擾動(dòng)是影響測量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素。Bubble-Pro的光纖直徑僅為125μm，后端金屬套管直徑為0.5mm，如此纖細(xì)的設(shè)計(jì)，有效減少了對(duì)直徑大于1mm氣泡的干擾，極大降低了對(duì)流場的影響，從而將系統(tǒng)誤差控制在極小范圍內(nèi)，確保了測量結(jié)果的高度準(zhǔn)確性。

（四）滿足高精度測量的高采樣頻率

根據(jù)采樣定理，采樣頻率至少應(yīng)為信號(hào)最高頻率的2倍，才能完整保留原始信號(hào)信息。Bubble-Pro在這方面表現(xiàn)卓越，其總采樣頻率可達(dá)500KHz。對(duì)于15路的多通道系統(tǒng)，每路采樣頻率為33KHz，時(shí)間分辨率高達(dá)0.03ms，這使得它能夠以極高的頻率對(duì)氣泡行為進(jìn)行采樣，精確記錄氣泡運(yùn)動(dòng)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，為后續(xù)深入的數(shù)據(jù)分析提供了充足的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（五）穩(wěn)定可靠的無漂移測量

與傳統(tǒng)測量設(shè)備不同，Bubble-Pro基于光信號(hào)變化測量氣泡參數(shù)，金屬部件長期在水中浸泡產(chǎn)生的生銹、結(jié)垢等問題不會(huì)對(duì)光強(qiáng)度造成影響。其光纖的感應(yīng)面為一125μm的圓點(diǎn)，感受面積小，對(duì)氣泡變化敏感，且信號(hào)階躍不受氣含率的干擾，保證了測量信號(hào)的高度穩(wěn)定性，為長期、連續(xù)的測量工作提供了可靠保障。

三、人性化的軟件系統(tǒng)，提升研究效率

（一）便捷的采樣程序設(shè)置

Bubble-Pro的采樣程序則設(shè)計(jì)得極為便捷，研究人員只需進(jìn)行簡單的參數(shù)設(shè)置，程序就能自動(dòng)調(diào)整采樣通道及采樣數(shù)據(jù)量，無需繁瑣的源代碼操作。同時(shí)，操作人員還可根據(jù)實(shí)際研究需求，靈活調(diào)整測量通道的數(shù)量和順序，顯著提高了工作效率。

（二）高效的氣泡信號(hào)識(shí)別與分析

由于Bubble-Pro的光纖信號(hào)具有階躍敏銳、峰值穩(wěn)定的特點(diǎn)，采用單閾值法即可快速、準(zhǔn)確地從復(fù)雜的信號(hào)時(shí)間序列中識(shí)別出氣泡信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣泡參數(shù)的測量。其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理界面能夠迅速呈現(xiàn)氣含率、氣泡上升速率及其分布、氣泡弦長及其分布等關(guān)鍵信息，為研究人員及時(shí)分析研究結(jié)果提供了便利。

?四、獨(dú)特的光纖探針設(shè)計(jì)，拓展應(yīng)用邊界

Bubble-Pro的光纖探針采用直徑小的級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)極大地降低了對(duì)流場的影響，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。無機(jī)膠密封技術(shù)使其不僅適用于高溫體系，還能在有機(jī)溶劑體系中穩(wěn)定工作，毛細(xì)管與不銹鋼管通過針焊連接，使其具備在高壓體系下可靠運(yùn)行的能力。此外，基于反射光強(qiáng)度差異的測量原理，使其特別適用于非導(dǎo)電介質(zhì)的多相流測量，進(jìn)一步拓展了其在多相流研究領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，旨在推動(dòng)多相流領(lǐng)域在各個(gè)相關(guān)行業(yè)實(shí)現(xiàn)新的突破與發(fā)展

審核編輯 黃宇