流化床项目：内部高温高速高清图像采集平台

High-Temperature High-Speed HD Imaging Platform for Fluidized Bed

         在现代工业生产中，热过程几乎贯穿了材料加工、能源转换、化工反应等众多环节。如何在高温环境下实现精准监测与过程可视化，一直是热工装备与智能制造领域的技术难题。本项目团队开发的流化床内部高温高速高清图像采集平台，正是基于这一背景诞生的创新成果。该平台以高温可视化与精确热测量为核心，融合先进的加热技术、红外热成像技术与工业视觉采集系统，为流化床反应过程的科学研究与工业优化提供了全新手段。

       

         流化床因其传热效率高、物料混合充分、温度均匀性好，被广泛用于燃烧、气化、干燥、催化、焙烧等工业过程。然而，流化床内部气固两相流动剧烈、温度变化快速，传统探针或传感器无法直接进入高温、高流速区进行连续观测。
         因此，研究人员长期面临两大难题：

         1、高温环境中的光学观测受限——高温气体与颗粒会导致成像模糊、光线衰减严重；

         2、实时热数据获取困难——传统热电偶或红外点测方式，难以还原流场温度分布的空间动态。

   

         面对流化床内部高温、强流动、粉尘浓度高等复杂工况，西安骛豚试验科技有限公司研发团队依托自身在加热技术与实验装备定制化集成方面的优势，完成了从系统设计—高温防护—多源图像采集—数据集成—现场调试的全链条研发与实施。我们主要完成了以下几项关键工作：

         1、设计高温可视化实验平台

         设计并集成高温可见光与红外热成像系统，兼顾高速运动颗粒的成像与温度测量。通过独立定制的加热系统，模拟工业流化床内部真实热环境，为实验提供稳定可控的温场条件。

         2、搭建高温防爆气冷保护系统

         针对高温粉尘气流环境，开发了多级气冷系统与高效空气滤清单元，确保镜头与传感器在高达120℃的环境中持续稳定运行。整体结构达到IP68防护等级，实现设备的长期安全使用。

         3、实现高速高清数据采集与同步测温

         采用230万像素高速工业相机与384×288分辨率红外探测器，实现流化床内部颗粒运动与温度场的同步记录。通过自研数据采集与图像同步算法，实现可见光与红外图像的实时叠加与动态温度标注。

          4、完成整机集成与系统调试

          提供全套安装辅材（包括高清转接头、热电偶、复合高温线缆等），并承担现场气冷系统安装与功能测试。确保整机运行平稳，实现从高温工况到图像分析的完整闭环。

 

图1 网络接线图

          5、建立实验数据与热工模型的关联接口

          在采集系统中预留数据导出与AI识别接口，支持后期热场仿真、数字孪生与智能诊断应用。

         1、可控高温环境模拟技术

         核心作用：平台用于模拟工业流化床的真实热工环境，为流化状态、传热机理及颗粒运动研究提供温度可控的实验条件。

         技术要点：

         A. 系统设计可在不同温度区间（室温～550℃）下稳定运行，支持多温区可调节控制；

         B. 采用精密加热元件与分区控温策略，确保实验舱内温度分布均匀、热稳定性高；

         C. 与红外成像与可见光相机同步，实现温度—图像—时间三维数据关联。

         D. 高温红外热成像与测温技术

         2、高温红外热成像与测温技术

         核心作用：通过非接触方式实现流化床内部温度场的可视化测量，是平台的热监测中枢。

 

图2 设计图以及实物图

         技术要点：

         A. 使用非制冷氧化钒型红外探测器（响应波段8~14 μm），覆盖主流工业加热区间；

         B. 测温范围 -20℃~150℃ 与 100℃~550℃ 双档切换，可适配多种加热场景；

         C. 测温精度达到 ±2℃ 或读数的 ±2%，可进行点、线、面及多区域温度采样；

         D. 支持21个测温对象实时分析，为加热传热研究提供高精度数据。

        3、 高温防爆气冷热防护技术

         核心作用：保障图像采集模块与电子元件在高温工况下长期稳定运行，是系统的“热防护层”。

         技术要点：

        A.  通过空气滤清罐 + 压缩空气冷干机构建闭环气冷系统，有效隔绝高温热流与粉尘；

         B. 在 70℃~120℃ 环温条件下，可根据环境变化自动调节气流量（15~54 m³/h）；

         C. 系统整体达到 IP68防护等级，实现防高温、防尘、防爆；

         D. 热管理系统与加热舱联动，实现“热平衡”控制，防止光学元件受热变形或成像漂移。

         4、加热—图像—数据一体化采集技术

 

图3 一体化采集画面

        核心作用：在高温加热环境下同步采集可见光与红外数据，实现热工过程的动态可视化。

        技术要点：

        A. 利用高速工业相机（168fps，1920×1200分辨率）记录加热条件下的颗粒流动状态；

        B. 红外热像仪同步测温，实现加热功率—流场温度—颗粒行为的耦合分析；

        C. 通过热电偶及高温线缆采集局部温度信号，作为红外测温的校准与验证基准；

        D. 平台具备数据同步接口，可与加热控制系统和热场仿真软件联动，实现数字孪生验证。

 

         该平台可广泛应用于以下领域：

         1. 能源与燃烧研究：煤粉燃烧、氢能燃烧可视化实验；

         2. 材料热处理：粉体煅烧、催化剂焙烧过程分析；

         3. 化工反应工程：流化床反应器内传热与反应动力学研究；

         4. 工业智能监测：高温炉、真空烧结炉、气固流化设备的智能监控。

        通过这一平台，科研人员与工程师能够首次“看见”高温流化床的内部世界，以视觉化 + 数据化的方式理解加热与流化的本质过程，从而推动工业热工设备的数字化与智能化升级。