激光干涉法测量管内凝结液膜厚度研究

发布时间：2020-03-25 14:43

【摘要】：管内凝结的过程涉及一个复杂的汽液两相流动,管内蒸汽凝结液膜厚度对冷凝换热特性有很大影响。由于管内凝结液膜层所处的工况复杂,对其厚度的测量较为困难。分析已报道的研究结果,利用激光干涉法测量管内蒸汽凝结液膜厚度是一种测量精度高且可行的方法。论文基于干涉测量原理,结合CCD摄像机图像采集系统,搭建了蒸汽系统以及测试光路系统,测量管内凝结液膜厚度。基于光路几何原理得到了干涉条纹数目与液膜厚度的计算方法,设计了利用分光计获取相干光束散射角度的实验方法,以及基于OriginPro软件从干涉图片中获得角度数据的处理方法。论文具体工作包含以下几方面。(1)分析了液膜厚度对管内凝结过程的影响,探讨了液膜厚度测量方法的研究意义并介绍了现有的几种液膜厚度测试方法,说明了其在实验过程中优缺点。介绍了激光干涉测量方法目前的发展和存在的优势。(2)基于光路几何原理建立了干涉条纹数目与凝结液膜厚度的推算方法,编写了相应的计算程序。基于实验原理搭建了光路系统和蒸汽系统,设计了散射角度测量系统,干涉条纹图像采集系统,对凝结液膜厚度干涉图像进行采集。(3)利用ESPI软件对干涉条纹图像进行实时采集,使用OriginPro软件对采集到的干涉条纹进行处理,得到了光束两散射位置的角度数据。(4)对不同壁厚度玻璃管进行干涉测量实验,发现壁面越厚,条纹数目越多,条纹越不清晰。用管壁厚度较大管子测量凝结液膜厚度时,由于相干光束光强太弱,凝结液膜厚度的干涉条纹很难辨别。依据实验结果选择管壁厚度为3 mm的玻璃管进行实验,得到了较为清晰的凝结液膜厚度干涉图像。(5)对实验结果分析发现干涉条纹数目与液膜厚度有线性关系,随散射角度差值的增大液膜厚度减小,随管子内径增加液膜厚度增加。
【图文】：

激光干涉法测量管内凝结液膜厚度研究电导探针测量方法也有其局限性，首先是电导探针的制作精度要求很高[21]，在实量过程中探针的方法对于信号的采集频率并不高。由于测量过程中探针需要浸入被体，，受到液膜表面张力的影响。所用测量探针会破坏测量点附近的边界条件以致干膜的流动特性，且测量值仅是一定面积区域内的平均值，测量精度不高。同时由于的灵敏度受到环境的影响较大所以在实际中多用于被测表面变化速率不高的液体。

（a） （b）图 1.1 电导探针结构：（a）嵌入式；（b）双平行式器测量法测量法的工作原理是:将固定在两个电极板之间被测液换成电容量的变化[22]。搭建测试电路接收通过电容传感其输出为不同的电压数值。依据搭建的测试电路计算电系以得到相应的液膜厚度。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM621;TP391.41;TN249

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本文编号：2600037