[發明專利]在強磁場條件下測量導電流體中速度和渦量的裝置及方法

有效

• 申請號: 202011515059.6
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112665821B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 陽倦成;張祥飛;呂澤;張年梅;倪明玖
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;中國科學院大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01P5/08
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

1.在強磁場條件下測量導電流體中速度和渦量的測量方法，所用的測量裝置包括可移動的浸入式的探針(5)，控制探針(5)運動的位移裝置(6)，通過屏蔽線(7)連接探針(5)電勢信號的多通道高精度同步電壓采集系統(8)；

所述的探針(5)為單體浸入式探針，每個單體包括直徑為0.1-0.5mm的若干具有絕緣層的銅絲，銅絲穿過且固定在直徑2-5mm的空心銅管體或不銹鋼管體中，銅絲超出管體10-30mm，管體表面覆蓋一層絕緣層，保證浸入后探針(5)只有銅絲尖端與液態金屬保持電接觸；

所述的位移裝置(6)與探針(5)固定，并與六軸可移動電機啟動輸出軸相連，通過電腦編程控制，實現探針(5)沿六個不同方向的移動，移動步長根據測量的位置需求進行選取；

所述的屏蔽線(7)由一束雙屏蔽的銅線組成；

所述的多通道高精度同步電壓采集系統(8)通過屏蔽線(7)與浸入式探針(5)的電極相連，采集并存儲電壓信號；

其特征在于，測量方法包括以下步驟：

(1)、速度測量：通過侵入式的探針(5)的各個電極測量得到的電勢信號，與流速建立關系，直接得到流場的局部速度分布，數據分析基于歐姆定律：

其中，為電流密度，σ為液態金屬電導率，為電勢差即測得電壓信號，為流速，為外加磁場強度，假設磁場(2)為速度為電流密度磁場強度很大時，判斷出主流區的電流密度極小，即是j_x≈0，j_z≈0，通過探針(5)測量主流區中某個特定位置處沿垂直磁場平面內各個方向上的電勢梯度，通過換算得到該位置處在此平面內的兩個速度分量，即水平速度u和豎直速度w分別為：

其中，B₀為均勻磁場強度，為電極測得的電壓信號；如果在制作探針時保持同一方向上相鄰兩個探針之間的間隔相等，且都等于h,即Δz＝Δx＝h，測量的水平速度u和豎直速度w分別記為

測量得到的A電極(9)和B電極(10)的電壓信號之差與水平速度u成正比，C電極(11)和D電極(12)的電壓信號之差與豎直速度w成正比；

(2)、渦量測量：探針(5)采用七極探針，即共有7個測量電極，實現沿每個方向上測量得到三個電勢差信號，通過數據處理，與沿磁場方向的渦量ω_y建立關系，直接得到流場的局部渦量ω_y分布，數據分析依然基于歐姆定律，如(1)式所示，兩邊求散度處理，得到

通過張量運算，且得到沿著磁場方向的渦量；

渦量ω_y只與電勢差和磁場強度有關，測量得到電勢相關量便測得渦量ω_y：

其中B₀為均勻磁場強度，為每個電極測量得到的電壓信號，在制作探針時保持同一方向上相鄰兩個探針之間的間隔相等，且都等于h,即Δz＝Δx＝Δy＝h。

2.根據權利要求1所述的在強磁場條件下測量導電流體中速度和渦量的測量方法，其特征在于，所述的探針(5)的相鄰兩電極之間的間距h為2-5mm。

3.根據權利要求1所述的在強磁場條件下測量導電流體中速度和渦量的測量方法，其特征在于，所述的探針信號采集速度高于500S/s。