[發明專利]一種窄矩形通道全場瞬態空泡份額測量系統及方法

有效

• 申請號: 202010680656.8
• 申請日: 2020-07-15
• 公開（公告）號: CN111912880B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 余詩墨;閆曉;龔隨軍;張君毅;趙大衛;劉文興;昝元鋒
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: G01N27/07
• 分類號: G01N27/07;G01N27/06;G01N27/04;G01R27/22
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

本發明公開了一種窄矩形通道全場瞬態空泡份額測量系統及方法，該系統包括探測器模塊、發射電路、接收電路和計算分析模塊，探測器模塊包括電極片陣列和電信號接收底板，電極片陣列設于上流道板內壁面上，以下流道板作為電信號接收底板；通過發射電路按次序給電極片陣列的每個電極片一個電壓信號，電極片被激發后產生的電流通過電極片與電信號接收底板間的兩相流流體介質后，經過電信號接收底板傳回給接收電路；計算分析模塊從接收電路按時序接收的電流信號大小來計算出對應電極片處介質的電導率，計算該電極片處的介質的相態。本發明測量精度高，以獨特的探測器模塊設計解決了矩形通道結構狹窄的問題，實現矩形通道內全場瞬態空泡份額測量。

技術領域

本發明涉及核能系統中窄矩形換熱通道中熱工水力學問題的實驗研究技術領域，尤其涉及一種窄矩形通道全場瞬態空泡份額測量系統及方法。

背景技術

沸騰傳熱是核能系統運行過程中的一種常見現象，掌握其空泡份額變化規律，對進一步研究其傳熱機理，優化傳熱性能具有重要作用。近幾年來，窄矩形通道換熱設備開始應用，對于其沸騰傳熱機理的研究越來越重視。然而受限于其狹窄的流動空間，很難對通道內的空泡份額進行測量。

傳統的探針手段為單點測量，每次只能獲取流道中某一空間點的空泡份額參數，該實驗數據對理論研究的支撐性不強。對于全場空泡份額測量，現階段學術界常用的一種方式為采用高速攝像儀對單面可視的窄矩形本體進行拍攝，氣相和液相表現出不同灰度值，通過圖像轉化來獲取空泡份額參數，此種手段存在以下不足：1、氣液相臨界灰度值受每次實驗的光線強度和光線入射角度影響，氣液相識別不夠準確；2、對于氣相面積幾乎充滿流道的彈狀流、環狀流可能會誤判氣相區域和液相區域；3、高速相機拍攝圖像后，需要將圖像導入電腦，編寫相關算法，采用相關軟件進行識別統計，從直接拍攝到獲取空泡份額數據的過程較為繁瑣。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有核能系統運行過程中的全場空泡份額測量方式對氣液相識別不夠準確，且過程較為繁雜的問題；本發明提供了解決上述問題的一種窄矩形通道全場瞬態空泡份額測量系統及方法，本發明可以實現對窄矩形通道內全場瞬態空泡份額進行實時、準確的測量，為進一步開展窄矩形通道沸騰傳熱研究提供實驗數據支撐。

本發明通過下述技術方案實現：

一種窄矩形通道全場瞬態空泡份額測量系統，包括探測器模塊和電路控制模塊，所述探測器模塊設置于窄矩形通道內，所述窄矩形通道為由上流道板和下流道板組成的矩形流道；所述探測器模塊包括電極片陣列和電信號接收底板，所述電極片陣列設于所述窄矩形通道的上流道板內壁面上，以所述窄矩形通道的下流道板作為所述電信號接收底板，且為金屬材質；

所述電路控制模塊包括發射電路和接收電路，所述發射電路電連接所述電極片陣列，所述接收電路電連接所述電信號接收底板；

所述電極片陣列作為電信號發射極，所述電信號接收底板作為電信號接收極，通過發射電路按次序給電極片陣列的每個電極片一個電壓信號，電極片被激發后產生的電流通過電極片與電信號接收底板間的兩相流流體介質后，經過電信號接收底板傳回給同時序的接收電路。

其中，本發明中在核能系統運行過程中兩相流流體為氣液混合體，可以由空氣和水組成，也可以由空氣和水蒸汽組成。

工作原理如下：

基于傳統的探針手段為單點測量，每次只能獲取流道中某一空間點的空泡份額參數，該實驗數據對理論研究的支撐性不強。對于全場空泡份額測量，現階段學術界常用的一種方式為采用高速攝像儀對單面可視的窄矩形本體進行拍攝，氣相和液相表現出不同灰度值，通過圖像轉化來獲取空泡份額參數，此種手段存在以下不足：1、氣液相臨界灰度值受每次實驗的光線強度和光線入射角度影響，氣液相識別不夠準確；2、對于氣相面積幾乎充滿流道的彈狀流、環狀流可能會誤判氣相區域和液相區域；3、高速相機拍攝圖像后，需要將圖像導入電腦，編寫相關算法，采用相關軟件進行識別統計，從直接拍攝到獲取空泡份額數據的過程較為繁瑣。