[发明专利]适用于窄矩形通道的非接触式空泡份额测量系统及方法

说明书

本发明提供了一种适用于窄矩形通道的非接触式空泡份额测量系统，包括：电极组件和PCB板，电极组件交错排布在PCB板的同一侧；其中，电极组件包括多个发射极和多个接收极，PCB板安装在窄矩形通道的壁面一侧；当窄矩形通道内的气液两相流经过PCB板时，电极组件采集气液两相流产生的电导信号，将电流信号转换为空泡份额。本发明体通过多组电极单元体，能够调整电极单元体体积和数量即可针对不同尺寸的窄矩形通道进行测量。

技术领域

本发明涉及多相流测试技术领域，具体地，涉及一种适用于窄矩形通道的非接触式空泡份额测量系统及方法。

背景技术

气液两相流空泡份额的准确测量对工程流体力学、反应堆热工水力和油田开采设备技术领域有着重要意义。目前测量气液两相流的空泡份额普遍采用接触式的探针来测量，探针的测量值只能反映局部位置的空泡份额均值，并且对流场造成一定的扰动。板状燃料性能可靠、功率密度高，被广泛应用在船用核动力装置中。冷却剂经过板状燃料组成的窄矩形通道将堆芯产生的热量带走。海洋条件下的摇摆、起伏、晃荡可能导致堆芯发生沸腾从而产生两相流动。

经过检索，专利文献CN1654940A公开了一种采用内置12极板电容传感器的气液两相流空泡份额测量仪，包括内置式12极板电容传感器、C/V转换电路、多路分时控制信号电路、高速A/D数据采集电路、D/A反馈电路、通信电路、计算机。该现有技术通过12极板电容传感器连接在测量管道中，通过测量电路和计算机数据处理,最终获得精确测量结果，但是不足之处在于采用接触式的测量会因为直接放置在窄矩形通道内，从而对流场造成较大的扰动，并且一次只能获取流道中某一空间点的空泡份额参数。

专利文献CN111912880A公开了一种窄矩形通道全场瞬态空泡份额测量系统，该系统包括探测器模块、发射电路、接收电路和计算分析模块，探测器模块包括电极片阵列和电信号接收底板，电极片阵列设于上流道板内壁面上，以下流道板作为电信号接收底板；通过发射电路按次序给电极片阵列的每个电极片一个电压信号，电极片被激发后产生的电流通过电极片与电信号接收底板间的两相流流体介质后，经过电信号接收底板传回给接收电路；计算分析模块从接收电路按时序接收的电流信号大小来计算出对应电极片处介质的电导率，计算该电极片处的介质的相态。该现有技术虽然采用探测器模块来测量空泡份额，但是仍然采用的是接触式测量法，依然会对流场造成较大的扰动。

专利文献CN109557113A公开了一种用于气/汽液两相流截面含气率测量的伽马射线扫描装置及方法，包括固定平台，固定平台上固定的步进电机驱动装置，步进电机驱动装置的滑台通过螺栓固定连接移动平台，移动平台底部通过滚轮接触连接固定平台上，移动平台上固定带屏蔽铅罐的伽马射线源和放射源接收装置，伽马射线源与放射源接收装置之间设置有测试管，放射源接收装置前端与和伽马射线源放射端分别设置有准直器，放射源接收装置信号输出端连接射线采集器的输入端；所述的测试管连接气液两相流的产生与控制系统。该现有技术的不足之处在于采用伽马射线的功率较大，对窄通道流场加热效应很明显，不利于空泡份额的精准测量。

同时，现阶段常用的接触式丝网探针体积过大，直接放置在窄矩形通道比较困难，并且会对流场造成较大的扰动。同时，由于窄矩形通道截面狭小，采用传统不锈钢丝电极分辨率较低。传统的丝网探针通过两组不锈钢丝作为电极，当气泡垂直穿过这两组不锈钢丝时，空泡份额的变化将引起电导信号变化。同时，传统丝网探针存在一定的缺陷。一方面，传统丝网探针使用的不锈钢丝尺寸较大，不锈钢丝需同时焊接在PCB板的两侧。测量过程中气泡必须穿过双层丝网探针，因此对气泡尤其是泡状流造成的扰动较大。另一方面，传统丝网探针本体为PCB板，适用过程中需要将PCB板垂直放置在需要测量的流场内部，这样的安装方式并不适合窄矩形通道这样狭长的结构。

因此，有必要设计一种用于窄矩形通道的全流场非接触式空泡份额测量系统，准确测量窄矩形通道内的空泡份额对船用核动力装置的安全具有重要意义。

发明内容