[发明专利]适用于加热平板通道两相流动的嵌入式空泡测量传感器

说明书

本发明涉及加热平板通道内气液两相流动测量仪器领域，公开了一种嵌入式空泡测量传感器，包括发射电极板、接收电极板和绝缘基体，所述基体嵌入至流体管壁内表面中，在所述基体的表面设有均匀排列、相互正交、宽度相等的导线槽，在所述导线槽内设有导体材料，所述发射电极板和接收电极板互成90度固定安装在基体的相应导线槽上。本发明实现了将空泡测量方法由侵入式测量改进为非侵入式测量，测量结果为原有的流场信息、提高了准确性，还改进电极丝形式，降低对电极材料强度要求，而且非常不容易变形，使用稳定。

技术领域

本发明涉及加热平板通道内气液两相流动测量仪器领域，尤其涉及一种嵌入式空泡测量传感器。

背景技术

平板通道在换热器制作等诸多领域内均有应用。近年来，科研工作者针对平板通道展开了大量基础性研究，对其通道内两相流动传热的研究有助于解决诸多工程性以及机理性问题，例如平板通道沸腾传热机理研究、强化沸腾传热研究等。空泡份额、气泡速度等参数是上述研究的基础。因此，该类型通道内气液两相流的气相份额及气泡速度等参数的准确快速测量是一项重要的研究课题。

现有的平板通道内测量两相流动的方法主要包括了可视化测量、光纤探针测量、电导率探针法、金属网格传感器测量等。其中，可视化测量法是利用高速相机等设备，对流场进行拍照测量，然后对得到的图像进行处理得到流场信息；光纤探针法利用气相和液相对光的折射率的不同，通过对强度不同的反射光强信号进行分析，从而得到探针附近流体的流动状况；电导率探针法是利用流体含气率的不同对流体电导率的影响，通过探针对流场进行测量。

可视化测量由于需要流道测量区域为透明可视，而在高压条件下，出于结构强度原因，流道无法使用透光材料制造，因此，可视化测量无法满足高压条件下两相流动的测量需要。此外，在流道四周均进行加热的情况下，可视化测量方法的使用亦困难重重。

光纤探针法以及电导率探针法对管壁透光性无要求，然而其测量均需将探针直接放入流场中进行测量。一方面，其测量点仅限于探针所处位置，无法对整个流场进行全面的测量；另一方面，探针的存在将使流场受到较大的扰动，其测量结果无法准确的反映原流场的流动信息，属于侵入式测量。

金属网格传感器，其测量原理同电导率探针法相似，即利用不同含气率流体间电导率的不同。其简单的电路示意图如图1所示，通过对传感器发射电极101电压以及接收电极102接收到的电流大小的计算，得到测量点处液体的电导率大小进而转换得到测量点处的空泡份额。因此，空泡份额传感器对流道是否可视无要求，可对高压下流道两相流型进行测量，具有更广泛的应用。

现有的金属网格传感器，其常见的传感器部分结构示意图如图2和图3所示。金属网格传感器由两部分组成，发射电极部分204以及接收电极部分203，两部分结构相同，但安装时，两者应相互正交，使得发射电极与接收电极形成排列整齐的交叉点，各交叉点即为测量点。在测量流体空泡份额时，发射电极和接受电极虽然自身电极丝直径201较小，但仍会破坏原有流场结构，属于侵入式测量，测量结果非原有的流场信息、不够准确。金属网格传感器各电极导线的固定通过相应的支架进行拉紧固定，这种电极固定形式对电极丝的自身强度要求较高，从而限制了电极丝的最小直径。此外若电极丝自身强度不够，则在使用过程中，电极丝易发生拉伸变形，导线之间将不再互相平行，从而使测量点排列发生变化，进而导致测量结果发生较大偏差。而且由于电极丝四周均被流体包围，自身体积过小，温度可认为与流体温度相同，亦即，电极丝温度易随流体温度的变化而变化，基于测量原理，这将使得测量结果发生偏差、不稳定。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种新型的空泡份额传感器，将测量方法由侵入式测量改进为非侵入式测量，克服现有金属网格传感器侵入式测量、电极丝容易变形、受流体温度影响等因素导致测量结果准确性不高的缺点。

发明内容