專利名稱:一種測量氣液兩相流中空泡份額的標定實驗臺架的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于多相流動測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測量氣液兩相流中空泡份額的標定實驗臺架。所述標定實驗臺架包括水泵、第一調(diào)節(jié)閥、液體流量計、氣泵、第二調(diào)節(jié)閥、氣體流量計、卸壓閥、排水閥、亞克力板、不銹鋼毛細管陣列、三層不銹鋼濾網(wǎng)、快關(guān)閥、差壓計、排水閥、疏水管道和水箱。本實用新型所述裝置可以驗證探針測量的空泡份額和空泡速度，用于此類探測器標定與探測器幾何參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，為探針測量兩相流空泡份額提供實驗數(shù)據(jù)支持。
【專利說明】
一種測量氣液兩相流中空泡份額的標定實驗臺架
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于多相流動測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測量氣液兩相流中空泡份額的標定實驗臺架。
【背景技術(shù)】
[0002]在對流體的研究中，描述單相流體流動的最基本參數(shù)為速度、質(zhì)量流量、密度、壓力等。而對于經(jīng)常出現(xiàn)的兩相流體(對于氣液兩相低溫流體)如液氮、液氫和液氦等，僅依靠壓力和溫度等參數(shù)難以確定其熱力學狀態(tài)，還需要知道兩相流中的氣態(tài)份額，即空泡份額(又稱為截面含氣率)，指在流動截面上，氣相所占截面積與總流通面積之比，即:
[0003]a = Ug/(Ug+Uf)
[0004]式中:Ug、Uf分別為氣相、液相的截面積，二者之和為總流通面積。
[0005]目前用于低溫流體空泡份額的測量方法主要分兩種:一種是通過測量輻射衰減性來測量空泡份額，一種是通過測量平均介電常數(shù)或其引起的變化如相位差、頻率、電容來測量空泡率，分別為微波法、射頻法、電容法。
[0006]成熟的傳統(tǒng)單相流參數(shù)檢測技術(shù)與測量儀表應(yīng)用于兩相流檢測是受到普遍重視的一個重要研究方向，近些年發(fā)展起來的軟測量等技術(shù)也是基于成熟的直接測量而發(fā)展的。目前，對兩相流相含率的測量有很多研究方法，如快關(guān)閥門法、電容層析成像法、高速攝像技術(shù)、射線衰減法、微波法和電導法等?？礻P(guān)閥門法是測量含氣率的經(jīng)典方法，這種方法準確有效、重復性好，在氣液兩相流系統(tǒng)中應(yīng)用較多，缺點是不能實現(xiàn)在線實時測量。層析成像法是一種新型的工業(yè)過程檢測技術(shù)，利用氣液兩相不同的介電常數(shù)和含量，得到不同等價介電常數(shù)，將測量得到的信息進行圖像重建來測得各相含量，缺點是系統(tǒng)的實時性、測量精度和圖像質(zhì)量比較差，工業(yè)應(yīng)用有一定局限。高速攝像技術(shù)具有分辨率高、信息量采集大、不干擾流體的優(yōu)勢，測量結(jié)果經(jīng)過計算機處理用圖相和形式表現(xiàn)出來，但是高速攝像法成本高，測量范圍小，限制了高速攝像法的應(yīng)用范圍。γ射線衰減法是一種新型的工業(yè)過程檢測技術(shù)，根據(jù)康普頓散射理論以非接觸的形式測量氣液兩相流中的含氣率等參數(shù)，這種方法具有不干擾、測量精度較高、穩(wěn)定性好的特點，缺點是存在射線輻射、造價高、使用和維修困難。微波法應(yīng)用于氣液兩相流檢測中，主要基于不用相態(tài)對微波能量吸收級別不同，具有非侵入性，但微波傳感器不太適用于復雜環(huán)境，且造價高。電導法是基于不同物質(zhì)有不同電導率的特性，當氣液兩相流流經(jīng)電導探針時，根據(jù)兩相不同比例呈現(xiàn)出的電導率，可以確定各相含量，其對已知流型測量效果較好。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型提供了一種測量氣液兩相流中空泡份額的標定實驗臺架，具體技術(shù)方案如下:
[0008]—種測量氣液兩相流中空泡份額的標定實驗臺架，包括水平管路和豎直管路，第一水平管路包括水栗1、第一調(diào)節(jié)閥2、液體流量計3，第二水平管路包括氣栗4、第二調(diào)節(jié)閥5、氣體流量計6、卸壓閥7、第一排水閥8、亞克力板9、不銹鋼毛細管陣列10和三層不銹鋼濾網(wǎng)11;豎直管路包括第二排水閥12、第二快關(guān)閥14、第三快關(guān)閥15、疏水管道16和水箱17;
[0009]其中，水栗1、第一調(diào)節(jié)閥2、液體流量計3依次相連，氣栗4、第二調(diào)節(jié)閥5、氣體流量計6、泄壓閥7、第一排水閥8、第二排水閥12、第二快關(guān)閥14、第三快關(guān)閥15、水箱17依次相連;亞克力板9位于第一排水閥8和不銹鋼毛細管陣列10之間，垂直于水平管路的管壁，且在第一水平管路與第二水平管路匯合處的前端;三層不銹鋼濾網(wǎng)11垂直于水平管路的管壁，且在第一水平管路與第二水平管路匯合處的后端;不銹鋼毛細管陣列10平行于水平管路的管壁;所述水箱17上設(shè)置有疏水管道16。
[0010]進一步地，在亞克力板9和第二排水閥12之間設(shè)置有第二差壓計19，第二快關(guān)閥14和第三快關(guān)閥15之間設(shè)置有第一差壓計18。
[0011]進一步地，在第二排水閥12和第二快關(guān)閥14之間還存在一個旁路管道，并在旁路管道上設(shè)置有第一快關(guān)閥13。
[0012]本實用新型所述的標定實驗臺架進行空泡份額測定的方法為:
[0013](I)連接并檢查實驗裝置，確定各個閥門和管道接口處于良好狀態(tài)。
[0014](2)啟動氣栗4，逐漸打開第二調(diào)節(jié)閥5，向儲氣箱供氣。
[0015](3)供氣一段時間后，打開水栗I和第一調(diào)節(jié)閥2，向?qū)嶒炑b置內(nèi)充水。
[0016](4)分別通過氣體流量計6和液體流量計3調(diào)節(jié)空氣流量和水流量，觀察氣泡分布情況和兩相流流型，并做好實驗數(shù)據(jù)的記錄，拍照或錄下視頻；
[0017]可以有以下三種方法:
[0018](4-1)采用快關(guān)閥門法:在氣泡分布情況和流型穩(wěn)定情況下，瞬間開啟第一快關(guān)閥13，關(guān)閉第二快關(guān)閥14和第三快關(guān)閥15，測量氣液體積，算出空泡份額；
[0019]具體為:三個快關(guān)閥電動控制，可以瞬間開啟或關(guān)閉。第一快關(guān)閥13開啟，第二快關(guān)閥14和第三快關(guān)閥15關(guān)閉時，旁路管道開啟，水從第一快關(guān)閥13流出；第一快關(guān)閥13關(guān)閉，第二快關(guān)閥14和第三快關(guān)閥15開啟時，水向上流動，從疏水管道16流出。實驗過程中，當水和氣泡分布情況良好時，關(guān)閉第一快關(guān)閥13，開啟第二快關(guān)閥14和第三快關(guān)閥15，待水面穩(wěn)定后，測量空氣和水的體積，從而計算出空泡份額。
[0020]或(4-2)采用差壓法:在氣泡分布情況和流型穩(wěn)定情況下，通過第二差壓計19和第一差壓計18分別記錄水平管段和豎直管段的差壓計示數(shù)，算出空泡份額；
[0021 ]具體為:差壓計可以測量兩端之間的壓差，水平段和豎直段各安裝一個差壓計。水平段差壓計兩端的測量點的差壓主要由水流的摩擦壓降產(chǎn)生，在流動過程中近似不變，代替豎直段的摩擦壓降。豎直段差壓計兩端的測量點的差壓由摩擦壓降和重力壓降組成。管路內(nèi)氣液兩相流的截面含氣率與截面的平均密度是相對的，對于垂直管內(nèi)的氣液兩相流，測得重位壓降就能求得管段內(nèi)流體的平均密度，進而可以算出此管段的平均截面含氣率。
[0022]或(4-3)采用高速攝像法:在氣泡分布情況和流型穩(wěn)定情況下，在測量區(qū)域拍攝氣泡分布情況，軟件后期處理，算出空泡份額和氣泡速度；
[0023]具體為:測量區(qū)域即為高速攝像機拍攝區(qū)域，使用高速攝像機拍攝氣泡上升和探針刺破氣泡的清晰圖像，實驗結(jié)束后利用軟件分析即可得出氣泡速度和氣泡的空泡份額。
[0024](5)實驗數(shù)據(jù)采集完成后，排出水箱17內(nèi)的水，關(guān)閉氣栗4。
[0025]本實用新型的原理為:
[0026]向?qū)嶒炁_架中先后通入水和空氣，通過閥門控制氣體和水流量的大小，模擬氣液兩相流?？諝馔ㄟ^毛細管陣列進入水平管路，當管路中有水時，即形成氣泡。探針測量空泡份額和氣泡速度。差壓法和快關(guān)閥門法驗證探針測量的空泡份額結(jié)果，高速攝像法驗證探針測量的氣泡速度。
[0027]本實用新型的有益效果為:空泡份額的準確測量對兩相流的研究具有重要的意義，本實用新型所述裝置可以驗證探針測量的空泡份額和空泡速度，用于此類探測器標定與探測器幾何參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，為探針測量兩相流空泡份額提供實驗數(shù)據(jù)支持。
【附圖說明】

[0028]圖1為本實用新型所述的標定實驗臺架示意圖；
[0029]圖中各編號的具體含義為:1-水栗，2-第一調(diào)節(jié)閥，3-液體流量計，4-氣栗，5-第二調(diào)節(jié)閥，6-氣體流量計，7-卸壓閥，8-第一排水閥，9-亞克力板，10-不銹鋼毛細管陣列，11-三層不銹鋼濾網(wǎng)，12-第二排水閥，13-第一快關(guān)閥，14-第二快關(guān)閥，15-第三快關(guān)閥，16-疏水管道，17-水箱，18-第一差壓計，19-第二差壓計。
【具體實施方式】
[0030]本實用新型提供的一種測量氣液兩相流中空泡份額的標定實驗臺架如圖1所示，包括水平管路和豎直管路，第一水平管路包括水栗1、第一調(diào)節(jié)閥2、液體流量計3，第二水平管路包括氣栗4、第二調(diào)節(jié)閥5、氣體流量計6、卸壓閥7、第一排水閥8、亞克力板9、不銹鋼毛細管陣列10和三層不銹鋼濾網(wǎng)11;豎直管路包括第二排水閥12、第二快關(guān)閥14、第三快關(guān)閥15、疏水管道16和水箱17 ；
[0031 ]其中，水栗1、第一調(diào)節(jié)閥2、液體流量計3依次相連，氣栗4、第二調(diào)節(jié)閥5、氣體流量計6、泄壓閥7、第一排水閥8、第二排水閥12、第二快關(guān)閥14、第三快關(guān)閥15、水箱17依次相連;亞克力板9位于第一排水閥8和不銹鋼毛細管陣列10之間，垂直于水平管路的管壁，且在第一水平管路與第二水平管路匯合處的前端;三層不銹鋼濾網(wǎng)11垂直于水平管路的管壁，且在第一水平管路與第二水平管路匯合處的后端;不銹鋼毛細管陣列10平行于水平管路的管壁;所述水箱17上設(shè)置有疏水管道16;在亞克力板9和第二排水閥12之間設(shè)置有第二差壓計19，第二快關(guān)閥14和第三快關(guān)閥15之間設(shè)置有第一差壓計18;在第二排水閥12和第二快關(guān)閥14之間還存在一個旁路管道，并在旁路管道上設(shè)置有第一快關(guān)閥13。
[0032]本實用新型所述的標定實驗臺架進行空泡份額測定的方法為:
[0033](I)連接并檢查實驗裝置，確定各個閥門和管道接口處于良好狀態(tài)。
[0034](2)啟動氣栗4，逐漸打開第二調(diào)節(jié)閥5，向儲氣箱供氣。
[0035](3)供氣一段時間后，打開水栗I和第一調(diào)節(jié)閥2，向?qū)嶒炑b置內(nèi)充水。
[0036](4)分別通過氣體流量計6和液體流量計3調(diào)節(jié)空氣流量和水流量，觀察氣泡分布情況和兩相流流型，并做好實驗數(shù)據(jù)的記錄，拍照或錄下視頻；
[0037]可以有以下三種方法:
[0038](4-1)采用快關(guān)閥門法:在氣泡分布情況和流型穩(wěn)定情況下，瞬間開啟第一快關(guān)閥13，關(guān)閉第二快關(guān)閥14和第三快關(guān)閥15，測量氣液體積，算出空泡份額；
[0039]具體為:三個快關(guān)閥電動控制，可以瞬間開啟或關(guān)閉。第一快關(guān)閥13開啟，第二快關(guān)閥14和第三快關(guān)閥15關(guān)閉時，旁路管道開啟，水從第一快關(guān)閥13流出；第一快關(guān)閥13關(guān)閉，第二快關(guān)閥14和第三快關(guān)閥15開啟時，水向上流動，從疏水管道16流出。實驗過程中，當水和氣泡分布情況良好時，關(guān)閉第一快關(guān)閥13，開啟第二快關(guān)閥14和第三快關(guān)閥15，待水面穩(wěn)定后，測量空氣和水的體積，從而計算出空泡份額。
[0040]或(4-2)采用差壓法:在氣泡分布情況和流型穩(wěn)定情況下，通過第二差壓計19和第一差壓計18分別記錄水平管段和豎直管段的差壓計示數(shù)，算出空泡份額；
[0041 ]具體為:差壓計可以測量兩端之間的壓差，水平段和豎直段各安裝一個差壓計。水平段差壓計兩端的測量點的差壓主要由水流的摩擦壓降產(chǎn)生，在流動過程中近似不變，代替豎直段的摩擦壓降。豎直段差壓計兩端的測量點的差壓由摩擦壓降和重力壓降組成。管路內(nèi)氣液兩相流的截面含氣率與截面的平均密度是相對的，對于垂直管內(nèi)的氣液兩相流，測得重位壓降就能求得管段內(nèi)流體的平均密度，進而可以算出此管段的平均截面含氣率。
[0042]或(4-3)采用高速攝像法:在氣泡分布情況和流型穩(wěn)定情況下，在測量區(qū)域拍攝氣泡分布情況，軟件后期處理，算出空泡份額和氣泡速度；
[0043]具體為:測量區(qū)域即為高速攝像機拍攝區(qū)域，使用高速攝像機拍攝氣泡上升和探針刺破氣泡的清晰圖像，實驗結(jié)束后利用軟件分析即可得出氣泡速度和氣泡的空泡份額。
[0044](5)實驗數(shù)據(jù)采集完成后，排出水箱17內(nèi)的水，關(guān)閉氣栗4。
[0045]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1.一種測量氣液兩相流中空泡份額的標定實驗臺架，其特征在于，包括水平管路和豎直管路，第一水平管路包括水栗(1)、第一調(diào)節(jié)閥(2)、液體流量計(3)，第二水平管路包括氣栗(4)、第二調(diào)節(jié)閥(5)、氣體流量計(6)、卸壓閥(7)、第一排水閥(8)、亞克力板(9)、不銹鋼毛細管陣列(10)和三層不銹鋼濾網(wǎng)(11);豎直管路包括第二排水閥(12)、第二快關(guān)閥(14)、第三快關(guān)閥(15)、疏水管道(16)和水箱(17); 其中，水栗(I)、第一調(diào)節(jié)閥(2)、液體流量計(3)依次相連，氣栗(4)、第二調(diào)節(jié)閥(5)、氣體流量計(6)、泄壓閥(7)、第一排水閥(8)、第二排水閥(12)、第二快關(guān)閥(14)、第三快關(guān)閥(15)、水箱(17)依次相連;亞克力板(9)位于第一排水閥(8)和不銹鋼毛細管陣列(10)之間，垂直于水平管路的管壁，且在第一水平管路與第二水平管路匯合處的前端;三層不銹鋼濾網(wǎng)(I I)垂直于水平管路的管壁，且在第一水平管路與第二水平管路匯合處的后端;不銹鋼毛細管陣列(10)平行于水平管路的管壁;所述水箱(17)上設(shè)置有疏水管道(16)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標定實驗臺架，其特征在于，在亞克力板(9)和第二排水閥(12)之間設(shè)置有第二差壓計(19)，第二快關(guān)閥(14)和第三快關(guān)閥(15)之間設(shè)置有第一差壓計(18) ο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標定實驗臺架，其特征在于，在第二排水閥(12)和第二快關(guān)閥(14)之間還存在一個旁路管道，并在旁路管道上設(shè)置有第一快關(guān)閥(13)。
【文檔編號】G01N7/00GK205719850SQ201620256957
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】姚志鵬, 陳浠毓, 黃毅, 李聽聽, 徐博, 陸道綱, 周世梁
【申請人】華北電力大學