[发明专利]基于激光消光法的小通道液固两相流参数测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于激光消光法测量小通道液固两相流参数的测量系统，其特征在于包括激光器（1）、扩束镜（2）、狭缝（3）、分光棱镜（4）、反光镜（5）、液固小管径透明测试管段（6）、第一光电池传感器（7.1）、第二光电池传感器（7.2）、光电转换电路板（8）、数据采集模块（9）、微型计算机（10）、第一积分球装置（11.1）、第二积分球装置（11.2）；在液固小管径透明测试管段（6）的一侧设有相连接的分光棱镜（4）、反光镜（5），在液固小管径透明测试管段（6）的另一侧设有与分光棱镜（4）、反光镜（5）相对应的第一积分球装置（11.1）、第二积分球装置（11.2），第一积分球装置（11.1）通过第一光电池传感器（7.1）与光电转换电路板（8）相连，第二积分球装置（11.2）通过第二光电池传感器（7.2）与光电转换电路板（8）相连，光电转换电路板（8）、数据采集模块（9）、微型计算机（10）顺次相连，激光器（1）、扩束镜（2）、狭缝（3）、分光棱镜（4）顺次相连。

2.一种使用权利要求1所述系统的基于激光消光法测量小通道液固两相流参数的测量方法，其特征在于包括两相流颗粒截面浓度的测量方法和两相流颗粒平均流速的测量方法：

1)两相流颗粒截面浓度的测量方法为：

激光器（1）发出的激光通过扩束镜（2）、狭缝（3）、分光棱镜（4）、反光镜（5）获得两束光强为I₀的平行激光光束，由第一积分球装置（11.1）、第二积分球装置（11.2）收集两束平行激光光束经过测试管道（6）衰减后的出射光束，使出射光分别均匀分布在第一积分球装置（11.1、第二积分球装置（11.2）上，通过第一光电池传感器（7.1）、第二光电池传感器（7.2）分别检测第一积分球装置（11.1）、第二积分球装置（11.2）出射口处的光强，即可得到两束平行激光光束经过测试管道（6）衰减后光束的光强I，测试管道（6）的管径为毫米级，检测第一积分球装置（11.1）、第二积分球装置（11.2）的直径为1厘米。

混合均匀的液固两相流在小通道中颗粒的截面浓度其中L为介质颗粒的厚度即管径大小，K为消光系数可表示为K(λ，m，D)，其中λ为激光波长，m为颗粒的复数折射率，D为颗粒的直径大小，首先在已知N的情况下，根据上式测得颗粒浓度N与光强I之间的关系曲线,即可依据实验测得的实际情况来反演求出消光系数K；在测得消光系数K之后，将每种粒径的颗粒分别配成不同浓度的混合液，通过实验测得衰减后光束的光强I，即可计算出颗粒的截面浓度(N)；

2）两相流颗粒平均流速的测量方法为：

激光器（1）发出的激光通过扩束镜（2）、狭缝（3）、分光棱镜（4）、反光镜（5）获得两束光强为I0的平行激光光束，由第一积分球装置（11.1）、第二积分球装置（11.2）收集两束平行激光光束经过测试管道（6）衰减后的出射光束，使出射光分别均匀分布在第一积分球装置（11.1）、第二积分球装置（11.2）上，通过第一光电池传感器（7.1）、第二光电池传感器（7.2）分别检测第一积分球装置（11.1）、第二积分球装置（11.2）出射口处的光强，即可得到两束平行激光光束经过测试管道（6）衰减后光束的光强随时间t变化相互独立的信号x(t₁)和y(t₂),将该信号进行互相关计算得到液固两相流中颗粒流经上下游传感器的时间τ₀；最后由于上下游光束之间的距离(d)是固定的，则按下式计算出颗粒在液固两相流中的平均流速