一种基于电导探针的气液两相流参数测量方法及系统技术方案

本发明专利技术属于多相流参数测试技术领域，提供了一种基于电导探针的气液两相流参数测量方法及系统，根据电导探针被空气占据的时间与电导探针总测量时间的比值，计算得到局部含气率，通过简单的方式，准确实现对局部含气率上的测量，不需要假设气泡为球形或椭球形；同时，在计算界面浓度过程中确定界面法向量时利用导表观速度表示界面单位法向量，根据界面单位法向量和表观速度向量乘积绝对值的倒数，计算得到界面浓度；利用导表观速度表示界面单位法向量解决了无法获得气液界面指向的问题。向量解决了无法获得气液界面指向的问题。向量解决了无法获得气液界面指向的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电导探针的气液两相流参数测量方法及系统


[0001]本专利技术属于多相流参数测试
，尤其涉及一种基于电导探针的气液两相流参数测量方法及系统。

技术介绍

[0002]泡状流作为一种常见气液两相流流型，其气泡尺寸、相分布和界面浓度等流动参数对化工、制冷和发电等工业应用中的换热效率有着重要影响，因而两相流关键参数的测量对相应设备的设计和监控运行十分重要。
[0003]两相流的参数测量方法可分为可视化测量技术和点对点测量技术两类。可视化测量技术具有对原始流场无扰动的优点，其仅适用于被测量的管道或容器是透明的情形，除非使用穿透金属壁面的高能射线摄影，此外，当气泡重叠时，很难通过可视化技术区分不同深度的气泡；点对点测量技术是一种接触式的测量手段，基本原理是依靠两相流交替通过测量点时造成不同的电导率或折射率变化。典型的点对点测量传感器包括线网传感器、双电极电导探针、四电极电导探针、双光纤光导探针等，通过对电信号或光信号的高频采集和处理，可以获得局部含气率、气泡尺寸、气泡速度等两相流参数。线网传感器为固定式，一般安装在管道中，可测量管道截面上不同位置的参数。探针式传感器则可以灵活安装在任意待测量位置，并可以根据需要在流场中移动位置，因而得到了更多的关注。
[0004]专利技术人发现，四电极探针可同时获得4组信号，可以在一定程度上克服双极探针的缺点，但是测量原理中仍然需要假设气泡为球形或椭球形，而且无法获得气液界面的指向；具体的，两相流中的气泡不断变形，很难视为球体或对称形状，对局部流动参数的准确测量非常困难，这就导致在基于电导探针的气液两相流参数测量方法中，不能实现对局部含气率上的快速准确测量，且在计算界面浓度过程中不能准确的确定代表界面指向的界面法向量。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于电导探针的气液两相流参数测量方法及系统，本专利技术根据电导探针被空气占据的时间与电导探针总测量时间的比值，实现对局部含气率上的准确测量，不需要假设气泡为球形或椭球形；并且，利用导表观速度表示界面单位法向量解决了无法获得气液界面指向的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种基于电导探针的气液两相流参数测量方法，包括：
[0008]获取测量过程中电导探针被空气占据的时间、电导探针总测量时间、电导探针测量的表观速度向量以及界面法向速度；
[0009]根据电导探针被空气占据的时间与电导探针总测量时间的比值，计算得到局部含气率；以及，利用导表观速度表示界面单位法向量，根据界面单位法向量和表观速度向量乘积绝对值的倒数，计算得到界面浓度。
[0010]进一步的，通过四电极探针进行测量。
[0011]进一步的，利用导表观速度表示界面单位法向量时，选择1个电极为0号电极，则另外3个电极与0号电极组成3个位置矢量。
[0012]进一步的，表观速度向量为位置矢量与时间的比值。
[0013]进一步的，界面单位法向量由四电极探针所测得的3个表观速度向量表示；界面单位法向量等于其中一个表观速度向量分别与另外两个表观速度向量求差后两个差值的乘积，再比上乘积的绝对值。
[0014]进一步的，表观速度与界面单位法向量的乘积，比上界面的运动方向与界面单位法向量的乘积，得到界面的速度大小。
[0015]进一步的，界面方向与电导探针轴向的夹角，根据界面单位法向量与导电探针轴向的单位法向量乘积，与界面单位法向量与导电探针轴向的单位法向量乘积绝对值比值取的余弦反函数得到。
[0016]第二方面，本专利技术还提供了一种基于电导探针的气液两相流参数测量系统，包括：
[0017]数据采集模块，被配置为：获取测量过程中电导探针被空气占据的时间、电导探针总测量时间、电导探针测量的表观速度向量以及界面法向速度；
[0018]参数计算模块，被配置为：根据电导探针被空气占据的时间与电导探针总测量时间的比值，计算得到局部含气率；以及，利用导表观速度表示界面单位法向量，根据界面单位法向量和表观速度向量乘积绝对值的倒数，计算得到界面浓度。
[0019]第三方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了第一方面所述的基于电导探针的气液两相流参数测量方法的步骤。
[0020]第四方面，本专利技术还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了第一方面所述的基于电导探针的气液两相流参数测量方法的步骤。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0022]1、本专利技术中，根据电导探针被空气占据的时间与电导探针总测量时间的比值，计算得到局部含气率，通过简单的方式，准确实现对局部含气率上的测量，不需要假设气泡为球形或椭球形；同时，在计算界面浓度过程中确定界面法向量时利用导表观速度表示界面单位法向量，根据界面单位法向量和表观速度向量乘积绝对值的倒数，计算得到界面浓度；利用导表观速度表示界面单位法向量解决了无法获得气液界面指向的问题；
[0023]2、本专利技术应用在测量空气
‑
水盖泡状流，可以获得局部含气率、界面浓度和气泡弦长，且通过界面运动方向可获得界面的指向和速度；通过实验对比四电极电导探针和可视化两种测量方法；结果表明两者具有良好的一致性；四电极电导探针具有简单、高效的优点，可以准确地测量泡状流中相界面指向等参数，还能有效解决多维两相流参数测量问题。
附图说明
[0024]构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
[0025]图1为本专利技术实施例1的电极位置；
[0026]图2为本专利技术实施例1的探针与气泡相对位置；
[0027]图3为本专利技术实施例1的生成气泡速度矢量；
[0028]图4为本专利技术实施例1的探针左视图；
[0029]图5为本专利技术实施例1的探针主视图；
[0030]图6为本专利技术实施例1的准确性验证实验系统；
[0031]图7为本专利技术实施例1的四电导探针和可视化测量的局部含气率的对比结果；
[0032]图8为本专利技术实施例1的探针和可视化测量的界面浓度比较；
[0033]图9为本专利技术实施例1的探针和可视化测量的界面速度的对比结果；
[0034]图10为本专利技术实施例1的对比探针测量和可视化测量的气泡弦长在径向的变化趋势；
[0035]图11为本专利技术实施例1的气泡下表面方向探针和可视化测量的相界面指向的结果；
[0036]图12为本专利技术实施例1的气泡上表面方向探针和可视化测量的相界面指向的结果。
具体实施方式
[0037]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0038]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电导探针的气液两相流参数测量方法，其特征在于，包括：获取测量过程中电导探针被空气占据的时间、电导探针总测量时间、电导探针测量的表观速度向量以及界面法向速度；根据电导探针被空气占据的时间与电导探针总测量时间的比值，计算得到局部含气率；以及，利用导表观速度表示界面单位法向量，根据界面单位法向量和表观速度向量乘积绝对值的倒数，计算得到界面浓度。2.如权利要求1所述的一种基于电导探针的气液两相流参数测量方法，其特征在于，通过四电极探针进行测量。3.如权利要求2所述的一种基于电导探针的气液两相流参数测量方法，其特征在于，利用导表观速度表示界面单位法向量时，选择1个电极为0号电极，则另外3个电极与0号电极组成3个位置矢量。4.如权利要求3所述的一种基于电导探针的气液两相流参数测量方法，其特征在于，表观速度向量为位置矢量与时间的比值。5.如权利要求1所述的一种基于电导探针的气液两相流参数测量方法，其特征在于，界面单位法向量由四电极探针所测得的3个表观速度向量表示；界面单位法向量等于其中一个表观速度向量分别与另外两个表观速度向量求差后两个差值的乘积，再比上乘积的绝对值。6.如权利要求1所述的一种基于电导探针的气液两相流参数测量方法，其特征在于，表观速度与界面单位法向量的乘积，比上界面的运动方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宪丙，赵衍周，周涛，张文科，马晓旭，张莉莉，冯玉坤，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：