[发明专利]棒束通道局部区域气液两相环状流液膜厚度瞬时电导测量系统

说明书

本发明公开了棒束通道局部区域气液两相环状流液膜厚度瞬时电导测量系统，主要包括棒电极单元、若干电极对、信号发生模块、信号采集模块、数据处理模块和液膜标定装置。本发明可准确测量棒束通道局部区域环状流液膜厚度，确定棒壁周向液膜厚度不均匀分布特性与液膜周向协同传播机制，可以准确预测Dryout型临界热流密度触发条件，从而保障核反应堆系统相关元件的正常使用和事故工况下反应堆的安全。

技术领域

本发明涉及工业领域，具体是棒束通道局部区域气液两相环状流液膜厚度瞬时电导测量系统。

背景技术

环状流作为气液两相流中的一种重要流型，常见于核反应堆相关元件和设备，如正常工况下的沸水堆堆芯和事故工况下的压水堆堆芯及蒸汽发生器，对其研究是设备可靠运行以及事故工况下反应堆安全分析的基础。环状流的典型特征是一部分液相以液膜形式贴壁流动，其余部分液体被高速流动的气体所夹带。环状流液膜由光滑的液膜基和大约四倍液膜基厚度的扰动波组成，其与Dryout型临界热流密度触发机制密切相关，即环状流液膜的局部蒸干是Dryout型临界热流密度的触发条件。对于蒸汽发生器壳侧和堆芯棒束通道而言，由于其流通截面几何结构的复杂性，棒壁外局部区域液膜周向的不均匀分布将影响Dryout型临界热流密度触发条件的准确性。因此，准确获得复杂棒束通道局部区域气液两相环状流液膜行为对核反应堆系统相关元件和事故工况下反应堆的安全有重要意义。

目前，针对环状流液膜厚度的测量主要有电导法、声学法、高速摄像法、光学法和射线法。其中，声学法是基于超声波在气液界面的衰减与反射传播的时间来确定液膜厚度，而超声波波长的不确定性限制了声学法在测量薄液膜中的应用；光学及射线法是利用不同相间发出光线的不同特征，通过对折射光进行光谱分析从而得到界面液膜厚度。光学及射线法测量液膜厚度精度高，但操作比较复杂，且难应用于复杂棒束结构局部区域液膜测量。此外，高速摄影法利用高速摄影或高速动态分析装置对气液两相界面进行实时跟踪、摄影和记录，然后对所得的图像及信号进行分析，从而获得液膜厚度。高速摄影法能够以很高的速度对气液界面进行动态记录，虽可获得液膜界面细致结构，但严重受拍摄拍摄区域限制。电导法是一种高精度、快响应的液膜厚度实时接触式测量方法，电极平嵌接触不影响液膜行为，微量电介质加入不改变工质表面张力，电极尺寸控制在一定尺寸时可提供足够空间解析度。现在的电导测量液膜厚度法主要采用双环平嵌于简单几何结构，局限于轴向截面平均液膜厚度的测量，无法获得复杂棒束通道局部区域环状流液膜行为特性。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，棒束通道局部区域气液两相环状流液膜厚度瞬时电导测量系统，主要包括棒电极单元、若干电极对、信号发生模块、信号采集模块、数据处理模块、液膜标定装置和阻抗调整电路。

所述棒电极单元为上下端均敞口的中空腔体。

所述棒电极单元的两端分别套接一根构成环状流通道的管棒。

所述环状流液相工质为导电介质。

所述棒电极单元的外侧壁具有n个卡槽。所述卡槽设有供信号输入传输线和信号输出传输线穿入的开孔。

所述电极对设置在棒电极单元卡槽内。

所述电极对包括接收电极和激励电极。

所述电极对印刷在PCB板上。

若干电极对间隔方位角45°布置在棒电极单元周向上。

其中，接收电极的尺寸为4x0.8mm。激励电极的尺寸为2x0.8mm。激励电极的激励信号加载频率为10KHz，加载电流为交流电。

接收电极和激励电极的轴向间距为2mm。

所述信号输出传输线的一端焊接接收电极，另一端通过卡槽上的开孔连接信号采集与处理模块。