[发明专利]一种气液两相流气泡直径检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量气液两相流气泡直径的方法，特别适用于密闭环境下电解制氧装置中循环水中气泡直径检测。

背景技术

对于载人空间站、潜艇等装备，一般都是采用电解水制氧方法来实现对乘员的供氧需求。SPE（solid pilymer electrode）电解制氧技术是以固体聚合物为电解质的电解水制氧技术。它目前广泛应用在航天器、核潜艇等装备上，取代传统的碱性电解制氧装置。

在SPE电解制氧装置中，作为反应物的水经过净化，在电解槽、换热器、水箱之间循环。水气分离装置将反应产生的气/水混和物进行分离，分离出的水将重新投入循环。在此过程中，未电解的水需要循环利用，而返回的水通常带有一定量的氢气和氧气，如果气泡大小及体积含量超过一定比例，容易引起“气蚀”现象，导致电解制氧装置循环泵的损坏，这对电解制氧装置乃至整个装备都将造成极大的安全隐患，因此需要实时检测水中的气泡大小及体积含量，判定电解制氧装置是否正常工作，防止安全事故的发生。

目前，国内外检测液态水中气泡大小及体积含量比较常见的方法为医疗器械领域中采用超声波测量法。如专利《一种气泡检测装置》（申请号：CN102335476A）基本只能监测血液中有无气泡，而无法实现气泡大小的准确测量。专利《光气泡检测系统》（申请号：01823139.X）基于光的折射实现气泡大小的测量，其效果只能实现管道内有无气泡，而无法实现不同流型条件下气泡累计体积的计量。专利《在线气泡检测仪器》（授权号：CN2935140Y），基于激光技术实现涂布流体在制备、处理和输送过程中微气泡的监测，该技术只能实现单一流型条件下的气泡测量，基于单传感器基本无法实现复杂流型条件下的气泡体积准确测量。

因此，需要一种能够在不同流型条件下实现气泡体积的测量装置及方法，以便对电解制氧装置的安全运行提供保障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种气液两相流气泡直径检测方法，在不同流型条件下准确测量气泡直径，为电解制氧装置及其他需要检测气泡大小的装置的安全运行提供保障。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种气液两相流气泡直径检测方法，包括气液两相流气泡直径检测装置，所述检测装置包括分离气液两相流的测量通道（1），所述测量通道（1）的两个出口上各安装有红外检测对管，所述红外检测对管包括分别安装于所述测量通道（1）出口两侧且位置相对的红外发光二极管（2）与红外探测器（3）；所述红外发光二极管（2）和红外探测器（3）均与信号调理模块（8）电连接，所述信号调理模块（8）通过数据采集卡（12）接入计算机（14），该方法为：

1）数据采集卡采集信号调理模块的输出电压信号以采样频率f，并对采集的电压信号进行平滑、去噪处理；

2）设定分析周期T，将分析周期T内信号调理模块的输出电压信号存入数组a[M]，其中M=T·f；其中T的取值范围为0.5s～60s；

3）比较数据a[M]中输出电压信号与弹状流电压信号最大阈值V_slug-max的大小，若a[M]≥V_slug-max，则判定为弹状流气泡；比较数组a[M]中电压信号与泡状流电压信号最大阈值V_bubble-max、泡状流电压信号最小阈值V_bubble-mix的大小，若V_bubble-mix≤a[M]≤V_bubble-max，则判定为泡状流气泡；比较数组a[M]中电压信号与泡状流电压信号最大阈值V_bubble-max、弹状流电压信号最大阈值V_slug-max的大小，若V_bubble-max＜a[M]＜V_slug-max，则判定为环状流气泡；

4）弹状流气泡直径D_slug的大小与测量通道内径相同；

5）第i个泡状流气泡直径D_bubble[i]的计算公式为：

D_bubble[i]=a₂₁·U[i]²+a₂₂·U[i]+a₂₃，