一种适用于气液两相流的气相测温探针及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于气液两相流的气相测温探针及其设计方法，属于流场温度测试领域。一种适用于气液两相流的气相测温探针，包括钝体结构，钝体结构的背风侧设有空心管，远离钝体结构的空心管内设有折流板，空心管下方靠近钝体结构的一侧开设有通流孔，靠近钝体结构的空心管内设有第一热电偶。本发明专利技术的适用于气液两相流的气相测温探针，不用外在的动力即可产生气液两相流的分离，第一热电偶设置的位置经基于惯性差异产生气液两相流分离出液相、经折流板的阻挡滤出液相、经重力的作用由通流孔滤出液相，保障了热电偶测气相温度不受液相的干扰，测试结果准确率高。

A gas phase temperature probe suitable for gas-liquid two-phase flow and its design method

【技术实现步骤摘要】
一种适用于气液两相流的气相测温探针及其设计方法
本专利技术属于流场温度测试领域，尤其是一种适用于气液两相流的气相测温探针及其设计方法。
技术介绍
气液两相流广泛的存在于能源、化工及国防动力技术等领域，如涡喷发动机进气道射流预冷、航空发动机内液体燃料与空气的预混和燃烧，燃气轮机进气加湿等过程。准确获取气液两相流场的温度分布特性，是研究气液传热传质特性和优化两相流过程组织的基础和关键。而在气液两相流场中，受液滴相的影响，非接触式光学测量手段以及常规接触式热电偶探针均难以准确测量气液两相流中的气相温度。气液两相流场中气相温度直接反映射流冷却效果，是评估射流预冷技术提升动力系统功率的重要判断依据，因此，气相温度的精确测量对射流预冷技术的发展起着重要作用。目前国内外相关气液两相测温技术主要有非接触式的分子示踪测温技术和直接接触式热电偶测温技术。分子示踪测温技术通过在流场中加入微小示踪分子(如磷光、NO等)，耦合PIV、高速摄影等技术，依据不同时段测得的示踪分子发光强度，标定发光时间-温度关系，进而获得气液两相中温度场。该技术所需示踪分子发光强度会随时间、温度、压力等工况参数变化，导致较大测量误差，且实验段必须可视化，在高温高压等极端工况下难以实现。热电偶测温技术利用流场中固定的热电偶探头与气相场对流传热，实现对温度场的直接测量，当气液两相中液滴较多时，导致热电偶所测温度为液滴温度，无法真实反映气相温度场。针对上述技术存在的弊端，国内中国航发四川燃气涡轮研究院提出了一种基于离心分离方法的气液两相流气相温度测量装置(CN108562376A)，将气液两相引入封闭空心管内，通过内置旋流叶片的离心作用，使气液两相中液滴与气相分离，从而通过热电偶实现对气相温度测量。该技术主要靠液滴的惯性作用实现两相液滴的分离，但当液滴粒径较小时分离效果不佳，液滴容易撞击到热电偶探头，影响气相温度的测量精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中气液两相流分离效果不佳，测量气相温度时受液相影响缺点，提供一种适用于气液两相流的气相测温探针及其设计方法。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种适用于气液两相流的气相测温探针，包括钝体结构，钝体结构的背风侧设有空心管，远离钝体结构的空心管内设有折流板，空心管下方靠近钝体结构的一侧开设有通流孔，靠近钝体结构的空心管内设有第一热电偶。进一步的，钝体结构内部开设有热电偶通道，热电偶通道一端延伸至钝体结构的端面，另一端与空心管相连通。进一步的，所述通流孔外设有防护罩。进一步的，第一热电偶安装位置由以下方法确定：对钝体结构和空心管在气液两相流场中引起的流场变化和气液流动特性进行仿真；对仿真结果进行分析，获取空心管内的气相流区，即为第一热电偶安装位置。进一步的，钝体结构为圆柱状或流线型扰流柱状。进一步的，还包括支撑架和通光管，支撑架用于支撑钝体结构；通光管设在空心管的两侧，两者为连通状态，两者的中心线呈90°；通光管的一端设有平行光源，另一端设有用于捕捉第一热电偶状态的高速摄像装置。一种适用于气液两相流的气相测温探针的设计方法，包括以下步骤：1)获取用于产生分离气液两相流的钝体结构，在钝体结构的背风侧设置空心管，在空心管下方靠近钝体结构的一侧开设有通流孔，得到气液分离结构；2)对所述气液分离结构在气液两相流场中引起的流场变化和气液流动特性进行仿真；3)对仿真结果进行分析，获取空心管的气相流区，并通过热电偶通道在气相流区中布置第一热电偶；4)将带有第一热电偶的气液分离结构置于待测的气液两相流场中，获取第一热电偶的温度时间曲线和第一热电偶同时段的视频；5)分析第一热电偶的温度时间曲线和对应的视频图像，若第一热电偶输出了气相温度，则设计完成；否则，重复步骤1)-4)直至第一热电偶输出气相温度与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的适用于气液两相流的气相测温探针，带有空心管的利用钝体结构基于气液两相惯性差异实现对气液两相流的分离，分离后的气体由空心管末端进入腔内，与腔内第一热电偶对流换热实现对气相温度的测量；折流板的存在，起到对偶然进入空心管的液相阻挡的作用，进一步保证空心管内气相不受液相的影响；该适用于气液两相流的气相测温探针，不用外在的动力即可产生气液两相流的分离，第一热电偶设置的位置经基于惯性差异产生气液两相流分离出液相、经折流板的阻挡滤出液相、经重力的作用由通流孔滤出液相，保障了热电偶测气相温度不受液相的干扰，测试结果准确率高。进一步的，钝体结构内部开设有热电偶通道，第一热电偶从通道顶端引入，最终布置在空心管内，起到固定热电偶、防止热电偶被气流卷吸错位的作用。进一步的，通流孔外设有防护罩，防止下方液相经通流孔进入空心管。进一步的，由仿真分析得到第一热电偶的安装位置，进一步的保证了其处于气相区，从而保证第一热电偶测试结果的准确率。进一步的，支撑架和通光管的存在，为观测适用于气液两相流的气相测温探针内的热电偶状态提供可视化的硬件基础，而观测热电偶状态能够结合另一个维度的信息，热电偶状态的获取，测试者能够获取更准确的气相温度。本专利技术的适用于气液两相流的气相测温探针及其设计方法，基于气液两相惯性差异采用带有空心管的钝体结构对两者分离，从而在空心管中形成纯气相环境；而后利用仿真分析方法找到纯气相环境所在区域，并在此区域中安装第一热电偶，而后，得到适用于气液两相流的气相测温探针；将上述探针置于两相流中，得到输出的温度时间曲线和第一热电偶的图像，结合两者分析，若第一热电偶输出了气相温度，则设计成功，否则，采用可视化试验手段，分析影响测试的影响因素，重新设计；该设计方法，结合仿真结果确定第一热电偶的安装位置、可视化实验验证设计的合理性，有利于提高测试的准确率，从而提高设计的效率。附图说明图1为实施例1的适用于气液两相流的气相测温探针的结构示意图；图2为实施例1的适用于气液两相流的气相测温探针剖视图；图3为实施例1的加装了可视化装置的适用于气液两相流的气相测温探针的结构示意图；图4本专利技术的适用于气液两相流的气相测温探针及其设计方法流程图；图5为基于实施例1的适用于气液两相流的气相测温探针得到的仿真结果图；图6为基于实施例1的适用于气液两相流的气相测温探针输出的结果图，6(a)为气流、探针温度变化，6(b)为液滴撞击到探针的示意图；图7为基于实施例1的适用于气液两相流的气相测温探针输出温度-时间曲线。其中：1-钝体结构；2-空心管；3-防护罩；4-通流孔；5-热电偶通道；6-热电偶；7-折流板；8-气液分离区；9-支撑架；10-通光管。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于气液两相流的气相测温探针，其特征在于，包括钝体结构(1)，钝体结构(1)的背风侧设有空心管(2)，远离钝体结构(1)的空心管(2)内设有折流板(7)，空心管(2)下方靠近钝体结构(1)的一侧开设有通流孔(4)，靠近钝体结构(1)的空心管(2)内设有第一热电偶(6)。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于气液两相流的气相测温探针，其特征在于，包括钝体结构(1)，钝体结构(1)的背风侧设有空心管(2)，远离钝体结构(1)的空心管(2)内设有折流板(7)，空心管(2)下方靠近钝体结构(1)的一侧开设有通流孔(4)，靠近钝体结构(1)的空心管(2)内设有第一热电偶(6)。


2.根据权利要求1所述的适用于气液两相流的气相测温探针，其特征在于，钝体结构(1)内部开设有热电偶通道(5)，热电偶通道(5)一端延伸至钝体结构(1)的端面，另一端与空心管(2)相连通。


3.根据权利要求1所述的适用于气液两相流的气相测温探针，其特征在于，所述通流孔(4)外设有防护罩(3)。


4.根据权利要求1所述的适用于气液两相流的气相测温探针，其特征在于，第一热电偶(6)安装位置由以下方法确定：
对钝体结构(1)和空心管(2)在气液两相流场中引起的流场变化和气液流动特性进行仿真；
对仿真结果进行分析，获取空心管(2)内的气相流区，即为第一热电偶(6)安装位置。


5.根据权利要求1所述的适用于气液两相流的气相测温探针，其特征在于，钝体结构为圆柱状或流线型扰流柱状。


6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海滨，白博峰，朱艳，裴斌斌，孙文斌，
申请(专利权)人：西安交通大学，中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61