光学探针法测量两相流局部界面参数装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术的目的在于提供光学探针法测量两相流局部界面参数装置，包括激光源、光电转换及放大装置、光学探针、探针定位及驱动机构，激光源、探针定位及驱动机构分别布置在光电转换及放大装置的两侧，光学探针安装在探针定位及驱动机构上，激光源、光电转换及放大装置、光学探针、探针定位及驱动机构组成光路，光学探针置于被测流体里。本实用新型专利技术通过系统和设备的合理设计使实验装置可以实时准确的采集两相流系统中局部界面参数，光学探针采用平端面探头，制作工艺简单，造价低廉；采用耐高温胶密封则可将探针用于沸腾通道内局部界面参数的测量，实现装置多用。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及的是一种热工水力及多相流局部参数测量
的测量装置。
技术介绍
气(汽)液两相流动广泛的存在于热能动力工程、油气运输、化学工程及核工程等实际工业过程中。水管锅炉、核动力反应堆及蒸汽发生器、鼓泡式化学反应器等设备的设计和运行都离不开两相流动与沸腾传热的理论指导。世界上工业强国都曾先后投入了大量的人力物力进行两相流热工水力实验研究，不断地对两相流测量技术进行改进。早期的研究主要针对流量、压降、温度、流型及平均空泡份额等总体参量，近似认为气液两相沿径向位置均匀分布或者采用一定的假设获得一些参数的截面平均值。然而随着人类对两相流动本质的认识及测试技术的发展，研究表明两相流体系中气相或者气液交界面沿径向位置并非均匀分布。相界面参数的非均匀分布会导致局部传热传质能力的变化，在流动沸腾中甚至带来局部传热恶化，从而给两相流动及沸腾传热相关设备的设计及运行带来困难，因此必须深入对两相流系统内部结构进行研究。 通过科学实验对科学假设进行验证从而建立起新的理论是科学研究的必经之路。目前两相流动及沸腾传热机理研究尚不成熟，主要通过实验获取经验关系式以指导工程应用。随着人类实验技术的进步，相关研究从宏观总体参量细化到局部界面参数。准确获得两相流系统中气液界面参数，如空泡份额，气泡频率，界面面积浓度及气泡当量直径等的分布特性，对研究两相流动与沸腾机理有重要意义。同时两流体模型是目前公认的最接近实际物理过程的两相流模型，但两流体模型中构筑界面输运方程的重要参数一界面面积浓度目前也需通过实验获取，因此，准确测量两相流界面面积浓度也是两流体模型能否取得实际工程应用的关键。对界面面积额浓度及空泡份额的测量有高速摄影法、化学方法、射线衰减法及探针法等，其中前三种属于平均量测量方法，只能获取截面平均值，不能给出径向局部界面浓度分布。而且当气泡比较密集时，由于相互遮挡，高速摄像法及射线衰减法等精度无法保证。探针法是目前被广泛用于局部界面参数测量的方法，主要分为两类一类是电导探针法(如Zhao D J, Guo L J, Lin C Z, et al. An experimental study on localinterfacial area concentration using a double-sensor probe. Int. J. Heat MassTransfer 48 (2005) 1926-1935 ;Kim S，Ishii M, Wu Q et al. Interfacial structures ofconfined air-water two-phase bubbly flow. Experimental Thermal Fluid Science26 (2002) 461-472)，这类实验装置采用的电导探针制作工艺复杂，探针头部绝缘技术尚不成熟，而且采用电信号辨别容易受到外部电磁场的干扰，给测量带来困难；另一类是光学探针方法(如Barrau E，Riviere N，Poupot C，et al. Single and double optical probesin air-water two-phase flows real time signal processing an sensor performance.Int. J. Multiphase Flow. 25 (1999) 229-256 ;孙奇，赵华，杨瑞昌.静止液相中气泡上升过程的分布特性[J]化工学报，2003，54 (9) :1310-1314)，这类实验装置釆用的光学探针响应频率高，抗干扰能力强，但也有不足之处，主要表现为锥面光纤探头制作工艺复杂，需从专门的制作厂家购买，而此类光纤使用寿命较短、造价昂贵，给研究带来巨大的经济压力。同时大通道内两相流动试验台架一般都比较高大，调节光学探针时，如何做到精确的定位及移动，如何实现远程控制和多路光电信号的同步转化等都是需要解决的问题。因此以上提到的探针测量方法不适合大量推广使用。
技术实现思路
本技术的目的在于提供实现对两相流局部界面参数准确测量的光学探针法测量两相流局部界面参数装置。本技术的目的是这样实现的本技术光学探针法测量两相流局部界面参数装置，其特征是包括激光源、光 电转换及放大装置、光学探针、探针定位及驱动机构，激光源、探针定位及驱动机构分别布置在光电转换及放大装置的两侧，光学探针安装在探针定位及驱动机构上，激光源、光电转换及放大装置、光学探针、探针定位及驱动机构组成光路，光学探针置于被测流体里。本技术还可以包括I、所述的光电转换及放大装置包括Y型光纤耦合器、光电转化器、放大器，所述的Y型光纤耦合器包括第一-第四Y型光纤耦合器，每个Y型光纤耦合器为一个输入端两个输出端，第一 Y型光纤耦合器的输出端置于第二、第三Y型光纤耦合器输入端前，第四Y型光纤率禹合器第一输出端面向第二光纤I禹合器第一输出端设置，第四Y型光纤I禹合器第二输出端面向光电转化器布置，第四Y型光纤耦合器输入端面向光学探针、探针定位及驱动机构组成的机构布置，光电转化器连接放大器，放大器连接用于采集信号的数据采集系统。2、还包括第五Y型光纤耦合器，所述的光学探针和探针定位及驱动机构有两组，第四Y型光纤耦合器与第一组光学探针和探针定位及驱动机构配合形成第一机构，第五Y型光纤耦合器与第二组光学探针和探针定位及驱动机构配合形成第二机构，第五Y型光纤率禹合器的第一输出端面向第二光纤I禹合器的第二输出端设置，第五Y型光纤I禹合器的第二输出端面向光电转化器布置。3、还包括第五、第六Y型光纤耦合器，所述的光学探针和探针定位及驱动机构有三组；第四Y型光纤耦合器与第一组光学探针和探针定位及驱动机构配合形成第一机构，第五Y型光纤耦合器与第二组光学探针和探针定位及驱动机构配合形成第二机构，第六Y型光纤耦合器与第三组光学探针和探针定位及驱动机构配合形成第三机构；第五Y型光纤率禹合器的第一输出端面向第二光纤I禹合器的第二输出端设置，第五Y型光纤I禹合器的第二输出端面向光电转化器布置；第六Y型光纤I禹合器的第一输出端面向第三光纤I禹合器的第一输出端设置，第六Y型光纤I禹合器的第二输出端面向光电转化器布置。4、还包括第五-第七Y型光纤耦合器，所述的光学探针和探针定位及驱动机构有四组；第四Y型光纤耦合器与第一组光学探针和探针定位及驱动机构配合形成第一机构，第五Y型光纤耦合器与第二组光学探针和探针定位及驱动机构配合形成第二机构，第六Y型光纤耦合器与第三组光学探针和探针定位及驱动机构配合形成第三机构，第七Y型光纤耦合器与第四组光学探针和探针定位及驱动机构配合形成第四机构；第五Y型光纤耦合器的第一输出端面向第二光纤I禹合器的第二输出端设置，第五Y型光纤I禹合器的第二输出端面向光电转化器布置;第六Y型光纤I禹合器的第一输出端面向第三光纤I禹合器的第一输出端设置，第六Y型光纤耦合器的第二输出端面向光电转化器布置，第七Y型光纤耦合器的第一输出端面向第三光纤I禹合器的第二输出端设置，第七Y型光纤I禹合器的第二输出端面向光电转化器布置。5、所述的光学探针有四层不锈钢管、且沿着主流方向直径逐级增大，最外层不锈钢管作为探针主体支撑垂直于流体流本文档来自技高网...

【技术保护点】
光学探针法测量两相流局部界面参数装置，其特征是：包括激光源、光电转换及放大装置、光学探针、探针定位及驱动机构，激光源、探针定位及驱动机构分别布置在光电转换及放大装置的两侧，光学探针安装在探针定位及驱动机构上，激光源、光电转换及放大装置、光学探针、探针定位及驱动机构组成光路，光学探针置于被测流体里。

【技术特征摘要】
1.光学探针法测量两相流局部界面参数装置，其特征是包括激光源、光电转换及放大装置、光学探针、探针定位及驱动机构，激光源、探针定位及驱动机构分别布置在光电转换及放大装置的两侧，光学探针安装在探针定位及驱动机构上，激光源、光电转换及放大装置、光学探针、探针定位及驱动机构组成光路，光学探针置于被测流体里。2.根据权利要求I所述的光学探针法测量两相流局部界面参数装置，其特征是所述的光电转换及放大装置包括Y型光纤耦合器、光电转化器、放大器，所述的Y型光纤耦合器包括第一-第四Y型光纤耦合器，每个Y型光纤耦合器为一个输入端两个输出端，第一 Y型光纤I禹合器的输出端置于第二、第三Y型光纤I禹合器输入端前,第四Y型光纤I禹合器第一输出端面向第二光纤I禹合器第一输出端设置，第四Y型光纤I禹合器第二输出端面向光电转化器布置，第四Y型光纤耦合器输入端面向光学探针、探针定位及驱动机构组成的机构布置，光电转化器连接放大器，放大器连接用于采集信号的数据采集系统。3.根据权利要求2所述的光学探针法测量两相流局部界面参数装置，其特征是还包括第五Y型光纤耦合器，所述的光学探针和探针定位及驱动机构有两组，第四Y型光纤耦合器与第一组光学探针和探针定位及驱动机构配合形成第一机构，第五Y型光纤耦合器与第二组光学探针和探针定位及驱动机构配合形成第二机构，第五Y型光纤耦合器的第一输出端面向第二光纤I禹合器的第二输出端设置，第五Y型光纤I禹合器的第二输出端面向光电转化器布置。4.根据权利要求2所述的光学探针法测量两相流局部界面参数装置，其特征是还包括第五、第六Y型光纤耦合器，所述的光学探针和探针定位及驱动机构有三组；第四Y型光纤耦合器与第一组光学探针和探针定位及驱动机构配合形成第一机构，第五Y型光纤耦合器与第二组光学探针和探针定位及驱动机构配合形成第二机构，第六Y型光纤耦合器与第三组光学探针和探针定位及驱动机构配合形成第三机构；第五Y型光纤耦合器的第一输出端面向第二光纤I禹合器的第二输出端设置，第五Y型光纤I禹合器的第二输出端面向光电转化器布置；第六Y型光纤I禹合器的第一输出端面向第三光纤I禹合器的第一输出端设置,第六Y型光纤I禹合器的第二输出端面向光电转化器布置。5.根据权利要求2所述的光学探针法测量两相流局部界面参数装置，其特征是还包括第五-第七Y型光纤耦合器，所述的光学探针和探针定位及驱动机构有四组；第四Y型光纤耦合器与第一组光学探针和探针定位及驱动机构配合形...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立成，幸奠川，苑立波，杨军，阎昌琪，孙中宁，曹夏昕，王建军，田道贵，孙波，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：实用新型
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