[發明專利]四探頭電導探針制作方法及其在兩相流參數測量中的應用

無效

• 申請號: 201410177777.5
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN103954653A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 匡波;范云良;王凡;唐琪;劉鵬飛;唐超力;朱晨;黨春輝
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中;樊昕

技術領域

本發明涉及氣液兩相流局部參數的測量，更具體的說，涉及一種測量氣液兩相流局部參數的四探頭電導探針的制作方法及其在兩相流參數測量裝置中的應用。

背景技術

氣液兩相流現象廣泛存在于核電、化工、石油運輸等領域。對于兩相流系統，空泡份額和界面面積濃度(IAC)是最關鍵的2個參數。IAC表示單位體積內兩相流中分界面的面積，表征了相間發生質量、動量和能量傳輸的有效面積，也是構建兩流體模型的重要參數。

基于四頭探針探測IAC的原理，通過假定氣泡表面速度與主流方向的夾角不是常量，而是滿足二次形式的概率密度函數，可對雙頭探針的測量進行了改進，改進型的雙頭探針模型可以有效地測量出一維兩相流動中的IAC。但是，采用雙頭探針的測量是基于以下假設：(1)氣泡表面速度可以通過兩探頭的距離和界面穿過兩個探頭的時間差來近似獲得；(2)氣泡形狀是橢球的。雙探頭應用于多維兩相流測量時，由于這些假設則使得測量的不確定性增加。

在不假定氣泡是橢球形和一維流動的情況下，早期的四頭探針方法可有效測量出一維兩相流的IAC，但未給出多維兩相測量中處理后退界面（即界面先觸到輔助探頭）的方法。因此，要實現多維兩相流中IAC的測量必須尋求解決前進界面和后退界面的方法。

發明內容

針對上述現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種四探頭電導探針制作方法及其在兩相流參數測量中的應用，對豎直上升管中兩相流動中的空泡分額及界面面積濃度進行了測量，不僅可解決向前界面（即界面先觸前探頭），而且也可測量后退界面，為深入了解兩相流動局部特性、完善兩流體模型提供參考。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種四探頭電導探針制作方法，包括步驟如下：

1）、單探頭探針處理與導電性檢驗；

2）、銅線處理與纏繞；

3）、單探頭探針絕緣處理；

4）、四個單探頭探針裝入定位孔板；

5）、四個單探頭探針裝入套筒里；

6）、套筒內部注射絕緣漆；

7）、環氧樹脂固封；

8）、研磨探針尖部；

9）、后端電路連接。

所述步驟1）中單探頭探針處理方法是：取一根直徑為0.1mm的不銹鋼絲做探針電極，將不銹鋼絲一端研磨成楔狀尖部，然后將該端浸入腐蝕液中，在顯微鏡下測量尖部的直徑尺寸，直至達到10～30μm。

所述步驟3）中絕緣處理方法是：在單探頭探針的尖部涂覆采用Telfon制作的絕緣漆。

所述步驟4）中定位孔板的尺寸和孔位排布根據四探頭探針的尺寸和幾何排布不同而不同。

所述步驟5）中的套筒為不銹鋼套筒。

所述不銹鋼套筒呈90°彎角，其外徑為2.5mm。

一種四探頭電導探針在兩相流參數測量中的應用，所述四探頭電導探針采用上述的制作方法制作而成，具體如下：

1）、在電導探針的測量電路中，將套筒接地，采用直流電路進行測量；

2）、為防止電導探頭上易產生的電化學反應，將電導探頭插入管道中心處作為一個電極，金屬管道內壁作為另一個電極，直流電源通過電阻R_s與兩個電極相連，其中電源正極與管道的內壁相連，以減少探頭處的電化學腐蝕；

3）、采集電阻R_s上的電壓信號，當探針接觸液相時探針與管壁接通，電阻R_s上出現高電平；當探針接觸氣相時，探針與管壁斷開，電阻R_s上出現低電平，根據探頭處液相和氣相的不斷交替產生與各種流型對應的不同的響應信號，經過濾波和信號處理，通過數據采集對電導探針上的相變信號進行提取與分析；

4）、當主探頭處于信號上升沿時，即處于液相，若輔助探頭處于液相，輔助探頭中相關上升信號向前移動，若輔助探頭處于氣相，輔助探頭中相關下降信號向后移動；當主探頭處于信號下降沿時，即處于氣相，若輔助探頭處于液相，輔助探頭中相關上升信號向后移動，若輔助探頭處于氣相，輔助探頭中相關下降信號向前移動；所有的探針摻入氣泡總是在一個固定的時間范圍的，三個輔助探頭的輸出信號上升或者下降總是非常接近主探頭信號的，則兩相流局部界面面積濃度a、空泡份額α和界面速度分別由式(1)、式(2)和式(3)得出：