两相流界面参数测量方法技术

本发明专利技术公开了一种两相流界面参数测量方法，采用两相流界面参数测量系统进行测量；所述两相流界面参数测量系统包括三层电极丝，分别作为激励电极丝和接收电极丝；方法包括以下步骤：S1、激励信号控制单元产生激励信号并发送给所有激励电极丝；S2、激励电极丝接收并向接收电极丝传递激励信号；S3、接收电极丝上的所有探测点采集电流信号并发送给接收信号处理单元；S4、接收信号处理单元接收相态探测装置发送的电流信号，并根据接收到的电流信号计算界面参数，所述界面参数包括空泡份额、界面面积浓度、气泡尺寸和气泡速度。本发明专利技术在瞬态工况下保证实时、准确和稳定地测量截面全场界面参数，为开展瞬态工况下的两相流动深入研究提供数据支撑。

Two phase flow interface parameter measurement method

The invention discloses a method for measuring two-phase flow interface parameters, which is measured by a two-phase flow interface parameter measuring system. The two-phase flow interface parameter measuring system comprises three layers of electrode wires, which are used as excitation electrode wires and receiving electrode wires respectively. The method comprises the following steps: S1, excitation signal control unit to generate excitation signals. S2, the excitation electrode wire receives and transmits the excitation signal to the receiving electrode wire; S3, all detection points on the receiving electrode wire collect the current signal and send it to the receiving signal processing unit; S4, the receiving signal processing unit receives the current signal sent by the phase detection device and receives the current signal according to the received signal. The interface parameters include void fraction, interface area concentration, bubble size and bubble velocity. The method guarantees real-time, accurate and stable measurement of the whole field interface parameters of the cross-section under transient conditions, and provides data support for further study of two-phase flow under transient conditions.

【技术实现步骤摘要】
两相流界面参数测量方法
本专利技术涉及两相流动实验测试领域，具体涉及一种两相流界面参数测量方法。
技术介绍
气液两相流动常见于反应堆系统，对两相流特性及机理的深入研究对反应堆热工安全分析，提高系统运行效率，以及提出事故缓解措施具有重要指导意义。获取流道截面上全场界面参数是开展两相流深入研究的前提，重要的界面参数包括空泡份额、界面面积浓度、气泡尺寸和气泡速度等。迄今为止，使用最为广泛的测量手段为探针，探针同一时刻只能对流场中同一点进行测量，为了获得界面参数在截面上的分布形态，探针必须不断改变位置，完成截面全场测量需要较长时间，整个过程中流动参数(气液相流速等)必须保持恒定，对于变化的瞬态工况，探针还来不及对全场完成测量，流动形态就已经千变万化，所以传统的探针测量手段无法对瞬态工况进行有效测量。然而，瞬态工况在反应堆系统中非常常见，比如核动力舰船以及浮动式核电站受海洋条件的影响，出现的倾斜、摇摆以及上下浮动等行为，以及反应堆的升降功率等动态操作过程都会导致冷却剂流道流动状态改变，出现瞬态工况，为了研究反应堆在瞬态工况下的两相流动规律以及影响因素，需要开展瞬态工况两相流动实验，此时传统的探针测量手段不再适用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种两相流界面参数测量方法以实现对瞬态工况下流场迅速变化的两相流动的界面参数进行有效测量，解决传统的探针测量手段不再适用瞬态工况下两相流动的界面参数测量问题。本专利技术通过下述技术方案实现：两相流界面参数测量方法，采用两相流界面参数测量系统进行测量；所述两相流界面参数测量系统包括激励信号控制单元、相态探测装置和接收信号处理单元；所述相态探测装置包括基板，所述基板中心开设有贯通基板的上下表面的流道孔，所述流道孔内设置有3个电极丝层，分别为上层电极丝层、中部电极丝层和下层电极丝层，每个电极丝层包括多根平行设置且位于同一平面内的电极丝，相邻两个电极丝层的电极丝互相垂直；所述电极丝层所在的平面垂直于流道孔的中心轴线，且上层电极丝层和下层电极丝层到中部电极丝层的距离相等；中部电极丝层的电极丝作为激励电极丝，用于在两相流界面参数测量中传递激励信号，上层电极丝层和下层电极丝层的电极丝作为接收电极丝，用于采集电流信号；所述激励信号控制单元连接所有激励电极丝；所有接收电极丝均与接收信号处理单元相连；激励电极丝在上层电极丝层所在平面上的投影与上层电极丝层上的接收电极丝相交的点构成第一组探测点，激励电极丝在下层电极丝层所在平面上的投影与下层电极丝层上的接收电极丝相交的点构成第二组探测点；所述两相流界面参数测量方法包括以下步骤：S1、激励信号控制单元产生激励信号并发送给所有激励电极丝；S2、激励电极丝接收并向接收电极丝传递激励信号；S3、接收电极丝上的所有探测点采集电流信号并发送给接收信号处理单元；S4、接收信号处理单元接收相态探测装置发送的电流信号，并根据接收到的电流信号计算界面参数，所述界面参数包括空泡份额、界面面积浓度、气泡尺寸和气泡速度。作为本专利技术的进一步改进，步骤S4具体包括以下步骤：S41、接收电流信号，形成电压三维矩阵接收信号处理单元接收相态探测装置发送的电流信号，生成上层电极丝层的电压三维矩阵Vup和下层电极丝层的电压三维矩阵Vdown；所述电流信号包括探测点的电压信号；Vup由上层电极丝层上的所有探测点在不同时间的电压Vup(p,q,k)构成，Vdown由下层电极丝层上的所有探测点在不同时间的电压Vdown(p,q,k)构成，(p，q)为探测点在所在电极丝所处的平面的平面坐标，k为时序上的时间坐标；p＝1，2，...，pmax；q＝1，2，...，qmax；pmax为激励电极丝的根数；qmax为探测点在所在电极丝所处的平面的接收电极丝的根数；S42、原始电压信号转换成相态值将Vup中的每个探测点的电压信号带入公式(1-1)进行转换，计算出每个探测点对应的相态值γup(p,q,k)；式(1-1)中，Vup(p,q,k)为上层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点在时间坐标为k的电压信号值；VupL(p,q)为上层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点全液相通过时的标定电压值；VupG(p,q)为上层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点全气相通过时的标定电压值；将Vdown中的每个探测点的电压信号带入公式(1-2)进行转换，计算出每个探测点对应的相态值γdown(p,q,k)；式(1-2)中，Vdown(p,q,k)为下层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点在时间坐标为k的电压信号值；VdownL(p,q)为下层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点全液相通过时的标定电压值；VdownG(p,q)为下层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点全气相通过时的标定电压值；S43、气泡速度计算对上层电极丝层和下层电极丝层的相态值数据进行截面平均，得到随时间变化的截面平均相态值γup(k)和γdown(k)，截面平均相态值公式如式(1-4)和式(1-3)所示，pmax为激励电极丝的根数；qmax为探测点在所在电极丝所处的平面的接收电极丝的根数；根据平均相态值γup(k)和γdown(k)的互相关计算表达式(1-5)确定出时间序列延迟Δk；式(1-5)中，令c(Δk)取值最大的Δk为所求的时间序列延迟；k1为测量起始时刻；k2为测量结束时刻；计算时间延迟Δt：Nc为采样频率；计算最终气泡速度UB：△s为上层电极丝层到下层电极丝层之间的距离；S44、划分气泡区域，对气泡进行重构；S45、根据重构后的气泡计算空泡份额、界面面积浓度和气泡尺寸。进一步，步骤S44具体包括以下步骤：S441、内插加密采用距离反比加权法进行内插，加密获得截面相态值矩阵；S442、气泡标记设定相态值阈值αmin对气泡区域进行标记，采用与加密获得的截面相态值矩阵具有相同数据量的气泡标记矩阵id(i,j,k)记录气泡标号，此处，i＝0,1，..，m1；j＝0,1，..，m2，m1为加密获得的截面相态值矩阵的行数，m2为加密获得的截面相态值矩阵的列数，首先找到所有数据中相态值最大的节点(i,j,k)，如果该点的相态值大于阈值αmin，那么将对其上下左右前后的所有节点进行相同判断，将相态值大于αmin的所有点标记到该气泡编号中，一直重复操作，直到属于该同一气泡的所有点被标记到编号中，然后对除该气泡外的其他区域进行相同的编号操作，直到最终未标记区域的最大相态值小于阈值αmin，认为所有气泡已经标记完成。进一步，上述两相流界面参数测量方法还包括相态值阈值修正步骤：开展针对不同体积气泡的基准实验，获得相态值阈值αmin—db基准表，给出相态值阈值关于气泡直径的函数αmin(db)；基准实验中，定量注入不同大小但体积已知的单气泡，单气泡的真实体积为使用不同的相态值阈值αmin(db)使重构气泡体积趋近于真实气泡体积：从而获得不同尺寸气泡的最佳相态值阈值；最佳相态值阈值为重构气泡体积最接近真实气泡体积时获得的相态值阈值αmin(db)；阈值修正步骤在步骤S45之前完成。进一步，步骤S45具体包括：S451、气泡体积计算在气泡标记矩阵id(i,j,k)中，每一个不为0的区域都为气泡，通过简单的求和运算获得每一个气泡的体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.两相流界面参数测量方法，其特征在于，采用两相流界面参数测量系统进行测量；所述两相流界面参数测量系统包括激励信号控制单元、相态探测装置和接收信号处理单元；所述相态探测装置包括基板(1)，所述基板(1)中心开设有贯通基板(1)的上下表面的流道孔(5)，所述流道孔(5)内设置有3个电极丝层，分别为上层电极丝层、中部电极丝层和下层电极丝层，每个电极丝层包括多根平行设置且位于同一平面内的电极丝，相邻两个电极丝层的电极丝互相垂直；所述电极丝层所在的平面垂直于流道孔(5)的中心轴线，且上层电极丝层和下层电极丝层到中部电极丝层的距离相等；中部电极丝层的电极丝作为激励电极丝(6)，用于在两相流界面参数测量中传递激励信号，上层电极丝层和下层电极丝层的电极丝作为接收电极丝(7)，用于采集电流信号；所述激励信号控制单元连接所有激励电极丝(6)；所有接收电极丝(7)均与接收信号处理单元相连；激励电极丝(6)在上层电极丝层所在平面上的投影与上层电极丝层上的接收电极丝(7)相交的点构成第一组探测点，激励电极丝(6)在下层电极丝层所在平面上的投影与下层电极丝层上的接收电极丝(7)相交的点构成第二组探测点；所述两相流界面参数测量方法包括以下步骤：S1、激励信号控制单元产生激励信号并发送给所有激励电极丝(6)；S2、激励电极丝(6)接收并向接收电极丝(7)传递激励信号；S3、接收电极丝(7)上的所有探测点采集电流信号并发送给接收信号处理单元；S4、接收信号处理单元接收相态探测装置发送的电流信号，并根据接收到的电流信号计算界面参数，所述界面参数包括空泡份额、界面面积浓度、气泡尺寸和气泡速度。...

【技术特征摘要】
1.两相流界面参数测量方法，其特征在于，采用两相流界面参数测量系统进行测量；所述两相流界面参数测量系统包括激励信号控制单元、相态探测装置和接收信号处理单元；所述相态探测装置包括基板(1)，所述基板(1)中心开设有贯通基板(1)的上下表面的流道孔(5)，所述流道孔(5)内设置有3个电极丝层，分别为上层电极丝层、中部电极丝层和下层电极丝层，每个电极丝层包括多根平行设置且位于同一平面内的电极丝，相邻两个电极丝层的电极丝互相垂直；所述电极丝层所在的平面垂直于流道孔(5)的中心轴线，且上层电极丝层和下层电极丝层到中部电极丝层的距离相等；中部电极丝层的电极丝作为激励电极丝(6)，用于在两相流界面参数测量中传递激励信号，上层电极丝层和下层电极丝层的电极丝作为接收电极丝(7)，用于采集电流信号；所述激励信号控制单元连接所有激励电极丝(6)；所有接收电极丝(7)均与接收信号处理单元相连；激励电极丝(6)在上层电极丝层所在平面上的投影与上层电极丝层上的接收电极丝(7)相交的点构成第一组探测点，激励电极丝(6)在下层电极丝层所在平面上的投影与下层电极丝层上的接收电极丝(7)相交的点构成第二组探测点；所述两相流界面参数测量方法包括以下步骤：S1、激励信号控制单元产生激励信号并发送给所有激励电极丝(6)；S2、激励电极丝(6)接收并向接收电极丝(7)传递激励信号；S3、接收电极丝(7)上的所有探测点采集电流信号并发送给接收信号处理单元；S4、接收信号处理单元接收相态探测装置发送的电流信号，并根据接收到的电流信号计算界面参数，所述界面参数包括空泡份额、界面面积浓度、气泡尺寸和气泡速度。2.根据权利要求1所述的两相流界面参数测量方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：S41、接收电流信号，形成电压三维矩阵接收信号处理单元接收相态探测装置发送的电流信号，生成上层电极丝层的电压三维矩阵Vup和下层电极丝层的电压三维矩阵Vdown；所述电流信号包括探测点的电压信号；Vup由上层电极丝层上的所有探测点在不同时间的电压Vup(p,q,k)构成，Vdown由下层电极丝层上的所有探测点在不同时间的电压Vdown(p,q,k)构成，(p，q)为探测点在所在电极丝所处的平面的平面坐标，k为时序上的时间坐标；p＝1，2，...，pmax；q＝1，2，...，qmax；pmax为激励电极丝的根数；qmax为探测点在所在电极丝所处的平面的接收电极丝的根数；S42、原始电压信号转换成相态值将Vup中的每个探测点的电压信号带入公式(1-1)进行转换，计算出每个探测点对应的相态值γup(p,q,k)；式1-1中，Vup(p,q,k)为上层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点在时间坐标为k的电压信号值；VupL(p,q)为上层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点全液相通过时的标定电压值；VupG(p,q)为上层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点全气相通过时的标定电压值；将Vdown中的每个探测点的电压信号带入公式(1-2)进行转换，计算出每个探测点对应的相态值γdown(p,q,k)；式1-2中，Vdown(p,q,k)为下层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点在时间坐标为k的电压信号值；VdownL(p,q)为下层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点全液相通过时的标定电压值；VdownG(p,q)为下层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点全气相通过时的标定电压值；S43、气泡速度计算对上层电极丝层和下层电极丝层的相态值数据进行截面平均，得到随时间变化的截面平均相态值γup(k)和γdown(k)，截面平均相态值公式如式(1-4)和式(1-3)所示，pmax为激励电极丝的根数；qmax为探测点在所在电极丝所处的平面的接收电极丝的根数；根据平均相态值γup(k)和γdown(k)的互相关计算表达式(1-5)确定出时间序列延迟Δk；式(1-5)中，令c(Δk)取值最大的Δk为所求的时间序列延迟；k1为测量起始时刻；k2为测量结束时刻；计算时间延迟Δt：Nc为采样频率；计算最终气泡速度UB：Δs为上层电极丝层到下层电极丝层之间的距离；S44、划分气泡区域，对气泡进行重构；S45、根据重构后的气泡计算空泡份额、界面面积浓度和气泡尺寸。3.根据权利要求2所述的两相流界面参数测量方法，其特征在于，步骤S44具体包括以下步骤：S441、内插加密采用距...

【专利技术属性】
技术研发人员：余诗墨，龚随军，张君毅，袁德文，许爱威，闫晓，昝元锋，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川,51