[發(fā)明專利]一種流場測量系統(tǒng)和流量波動工況下瞬態(tài)流場的測量方法

在審

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• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113281002A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 李興;楊文;游曦鳴;謝浩;王強龍;邱金榮;姚世衛(wèi)
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一九研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01P5/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種流場測量系統(tǒng)和一種流量波動工況下瞬態(tài)流場的測量方法。流場測量系統(tǒng)包括高速相機、數(shù)據(jù)存儲計算機、大功率連續(xù)激光器、脈沖信號發(fā)生器、遠心鏡頭等，高速相機可實現(xiàn)流場的高頻測量，連續(xù)激光器可為測量區(qū)域提供連續(xù)的激光照射，遠心鏡頭消除了透視誤差提高了測量精度。脈沖信號發(fā)生器向高速相機發(fā)出脈沖控制信號，高速相機接收脈沖信號后拍攝特定數(shù)量的圖像，針對流量波動工況下的流場測量，首先將流量波動工況劃分為多個相位，調節(jié)脈沖信號發(fā)生器的輸出頻率及高速相機接收信號后拍攝圖像數(shù)量，長時間重復拍攝同一流量波動工況，確定每個相位的最佳樣本數(shù)量，提取相同周期內同一相位內的圖像進行湍流統(tǒng)計。

技術領域

本發(fā)明涉及流體力學檢測技術領域，具體涉及一種流場測量系統(tǒng)和一種流量波動工況下瞬態(tài)流場的測量方法。

背景技術

在核能領域，事故條件下導致堆芯流量波動，燃料組件內流動換熱特性復雜多變，易引發(fā)傳熱惡化威脅堆芯安全。因此，研究流量波動下反應堆堆芯燃料組件內流動換熱機理可以深入認識事故發(fā)展過程，為核電廠制定完善的事故應急策略提供技術支撐，對保障核電安全具有重要意義。

早期由于測量技術和研究手段的限制，針對反應堆內流動特性的研究主要集中于阻力特性的研究，缺乏反應堆內部細節(jié)流場結構的研究。

近年來隨流體力學測量技術的發(fā)展，多種先進流場測量技術被應用到復雜通道內細節(jié)流場的研究。

以粒子圖像測速技術(PIV)為例，是一種全場、無干擾的流體力學測量技術，由于其獨特測量優(yōu)勢，被逐漸應用到復雜通道的流場測量。現(xiàn)有PIV技術一般采用脈沖激光器配合跨幀相機測量流場，該系統(tǒng)拍攝頻率較低，通常被限制在5Hz-30Hz之內，無法進行高時間分辨率的流場統(tǒng)計。針對定常流動，流場基本穩(wěn)定，應用脈沖PIV系統(tǒng)長時間重復拍攝可獲得足量數(shù)據(jù)開展流體湍流統(tǒng)計。但是，非定常流動工況下流量持續(xù)波動，流場隨時間變化，低頻脈沖PIV系統(tǒng)拍攝頻率低獲得圖像數(shù)量有限，無法滿足湍流統(tǒng)計要求。

發(fā)明內容

為改善上述技術問題至少之一，本發(fā)明第一方面的技術方案提供了一種流場測量系統(tǒng)。

本發(fā)明一個技術方案所提供的流場測量系統(tǒng)包括高速相機、脈沖信號發(fā)生器、數(shù)據(jù)存儲計算機和連續(xù)激光器。

具體地，高速相機上安裝有遠心鏡頭，用于對流量波動工況下的瞬時流場進行拍攝；脈沖信號發(fā)生器與高速相機相連，高速相機用于根據(jù)脈沖信號發(fā)生器發(fā)射的脈沖信號頻率控制拍攝速度；數(shù)據(jù)存儲計算機與脈沖信號發(fā)生器相連，用于控制脈沖信號發(fā)生器輸出脈沖信號，并與高速相機相連，用于接收高速相機拍攝的圖像數(shù)據(jù)，并對圖像數(shù)據(jù)進行分析，獲取瞬時流場的波動情況；連續(xù)激光器用于為高速相機的流場拍攝提供連續(xù)照明及光強條件。

在上述技術方案的基礎上，進一步地，流場測量系統(tǒng)還包括偏振鏡頭組，設置在連續(xù)激光器的前方，用于將連續(xù)激光器的發(fā)射光合成一束扇形面光源。

在上述技術方案的基礎上，進一步地，連續(xù)激光器包括光學鏡頭組，光學鏡頭組用于消除激光片光在軸向和橫向上的光強高斯分布。

在上述技術方案的基礎上，進一步地，脈沖信號發(fā)生器輸出的脈沖信號頻率為4Hz，高速相機的拍攝速度為4000fps，像素為1024×1024pixels。