[发明专利]节流与加热耦合蒸汽湿度测量系统及方法

说明书

本发明公开一种节流与加热耦合蒸汽湿度测量系统及方法,通过设置连通蒸汽主管道的第一蒸汽引出管道、与其末端以节流件相连通的第二蒸汽引出管道；并在第一蒸汽引出管道的进气端连接第一测压装置，在其内部设置加热器；同时在第二蒸汽引出管道内连接第二测压装置、测温装置和质量流量计，并在其末端设置排气口。实现了通过获取流入第一蒸汽引出管道内饱和蒸汽的饱和气相焓和饱和液相焓、加热器的电压和电流、流入第二蒸汽引出管道内过热蒸汽的质量流量以及焓值，计算流动饱和蒸汽的湿度，该方法实现了在较低能耗下对大流量、高湿度流动饱和蒸汽湿度的准确测定。同时还具有对杂质容忍度高、成本低廉、不需可视化设备、测量湿度及流量范围广等特点。

技术领域

本发明涉及核电测量技术领域，尤其涉及一种节流与加热耦合蒸汽湿度测量系统及方法。

背景技术

蒸汽湿度是两相流动领域的一个重要参数,它直接影响着饱和蒸汽流量的准确计量。汽液两相流流型的多变性、汽液两相之间质量、能量以及动量交换的复杂性以及湿度的间接测量特性导致了饱和蒸汽的湿度测量仍然没有较好的解决办法。目前,国内外的蒸汽湿度测量方法主要分为两大类:热力学法与非热力学法。

非热力学法

非热力学法主要包括捕捉法、电学法、光学法等。捕捉法主要是通过吸收法测出湿蒸汽中的某一相质量后，再对剩余的另一相进行二次测量，对比两次测量的结果，即可求出蒸汽湿度；电学法利用流体不同相之间介电常数的巨大差异来实现湿度测量；光学法主要是通过光学成像法反映两相流流动截面气液两相分布，实现对截面含气率的测量，然后根据截面含气率与湿度的关系式求取湿度。

热力学法

热力学法主要包括节流法、加热法、冷凝法等。节流法是将抽取的湿蒸汽样节流到较低压力,使蒸汽处于过热状态,根据节流前后焓值不变,进而求出湿蒸汽的湿度值；加热法与节流法的原理类似，只不过是通过往湿蒸汽中定压加入热量以实现过热；在冷凝法中，被抽取的蒸汽样在冷凝器中冷凝为液相，然后测量被抽取的蒸汽样质量、液相质量以及液相进出口温度来求出被抽取蒸汽的焓值,再确定抽汽取样处某点压力的饱和水焓、汽化潜热，最后求出蒸汽湿度。

以上两类方法都存在不同程度的缺点。捕捉法的缺点在于难以实现对流动蒸汽的测量；电学法的缺点在于测量准确性容易受到杂质影响；光学法的缺点在于成像设备造价高昂、高压工况下可视化困难；节流法的缺点在于当蒸汽湿度较大时，为实现蒸汽的过热状态，所需压降过大，甚至可能会使蒸汽处于负压状态；加热法的缺点在于当蒸汽的湿度与流量较大时，所需要的加热功率过高；冷凝法的缺点与捕捉法类似，难以实现对流动蒸汽的测量。

鉴于以上不足，有必要开发出一种节流与加热耦合的蒸汽湿度测量系统及方法，以解决现有技术中单纯使用热力学法所面临的不适用蒸汽湿度或流量过大等测试情况；或单纯使用非热力学法对被测试饱和蒸汽进行湿度测量时，所面临的不能够适用于被测蒸汽含有杂质、设备可视化困难等测试情况。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种将节流与加热耦合作用共同实现蒸汽过热，而后进行节流式蒸汽湿度测量的系统及对应于该系统的饱和蒸汽湿度测试方法，以实现在较低能耗下对大流量、高湿度流动饱和蒸汽湿度的准确、即时测量。同时，该系统及测试方法还具有对杂质容忍度高、成本低廉、不需要可视化设备、测量湿度及流量范围广等特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种节流与加热耦合蒸汽湿度测量系统，所述系统包括连通蒸汽主管道的第一蒸汽引出管道、与所述第一蒸汽引出管道末端以节流件相连通的第二蒸汽引出管道；

所述第二蒸汽引出管道的末端设有排气口；

所述第一蒸汽引出管道的进气端连接有第一测压装置，所述第一蒸汽引出管道内设有加热器；

所述第二蒸汽引出管道内连接有第二测压装置、测温装置以及质量流量计。