基于超声波声速法的气液两相流湿度测量技术可行性研究

发布时间：2021-06-09 23:06

　　蒸汽是汽轮机的重要工作介质,蒸汽湿度会直接影响汽轮机组的安全和经济运行,因此实现蒸汽湿度的可靠、在线测量具有重要意义。为了验证基于超声波声速法的气液两相流湿度测量技术可行性,首先通过引入一些必要假设条件,初步提出了声速法湿度测量技术理论模型,理论分析表明,介质湿度仅是关于声速、温度和压力3个直接变量的函数,直接测量变量较少,模型整体结构比较清晰;在此基础上,以空气-液滴为对象开展冷态实验研究,进一步验证了该技术方案的可行性。实验研究结果表明,随着湿度的增加,介质声速逐渐减小,两者具有较强的线性关系,在0～20%的湿度范围内,声速变化量约为22 m/s,基于超声波声速法的两相流湿度测量技术具有一定可行性。 

【文章来源】：核动力工程. 2020,41(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

湿度变化对声速的影响

由图8可知，总体上，计算声速值略大于实验值，且随着介质湿度的增加，相同工况下实验值与计算值之差逐渐增大，这主要由两方面因素造成：(1)与理论计算时假定气液两相流具有均匀密度不同，实验工况下，并不能保证空气-液滴介质严格地均匀分布，这会使得声道局部湿度小于平均值，由于声波更倾向于沿着湿度更小的声道向前传播，故而导致实测声速值偏大，且标定平均湿度越大，这种现象也就越明显；(2)理论模型是以空气-液滴为研究对象进行建模的，但在实验环境下，由于蒸腾作用，系统中不可避免地会混入一定比例的水蒸气，占用一定的气相空间，且由于在选定的实验条件下，水蒸气介质声速要大于空气介质声速，故导致实测声速值偏大。由图8可知，理论计算结果与实验结果的趋势符合较好，两者最大误差为4.2%，说明所构建的理论模型模型具有一定的可信度。4 结论

由图6可知，随着流速的增加，两相流体介质实测声速逐渐增大，实测声速变化分为3个阶段：在0～4 m/s的低速区域，实测声速变化较为平缓，区间内声速波动率（Δc/c）约为0.4%，测量较为稳定；在4～7 m/s流速区间内，实测声速的变化比较剧烈，该区间声速波动率约为1.2%，测量扰动较大；在7～14 m/s的高流速区域，实测声速明显趋于稳定，其声速波动率小于0.3%。实验所采用的超声传感器在0～4 m/s的低速区域和7～14 m/s的高流速区间内工作最为稳定，故实验将使介质流速控制在该区域，以尽量降低流速变化对测量结果的影响。

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3221502