СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ ДВУХФАЗНОЙ СМЕСИ Российский патент 2002 года по МПК G01N9/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения средней плотности двухфазной смеси в каналах парогенерирующих устройств различного назначения в стационарных и переходных режимах.

Известны бесконтактные методы определения средней плотности двухфазной смеси, заключающиеся в просветке канала, по которому протекает двухфазная смесь, каким-либо потоком излучения и измерении потока излучения после прохождения через двухфазную смесь. К наиболее известным бесконтактным методам относятся метод γ - просветки и метод замедленных нейтронов (Стырикович М.А. , Резников М.И. Методы экспериментального изучения процессов генерации пара. М. : Энергия, 1977). Основной недостаток бесконтактных методов заключается в их сложности и дороговизне. Методы используются, как правило, при проведении экспериментальных исследований.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ определения средней плотности двухфазной смеси, заключающийся в том, что измеряют статическое давление в двух точках канала, измеряют разность этих давлений и определяют среднюю плотность двухфазной смеси по формуле:
ρ_см= ΔP-ΔP_см/gz, (1)
где ρ_см - средняя плотность двухфазной смеси;
ΔP - разность статических давлений в точках отбора;
ΔP_см- гидравлическое сопротивление смеси между точками отбора;
z - расстояние между точками отбора статического давления;
g - ускорение свободного падения.

Как видно из формулы (1), ρ_см можно определить только в случае, когда скорость потока в канале равна нулю. Последнее имеет место в случае барботажа пара через жидкость. Во всех остальных случаях определение ρ_см невозможно, так как оценка гидравлического сопротивления между точками отбора достаточно сложна и требует дополнительных замеров. (Л.Ф. Федоров, П.Г. Рассохин. Процессы генерации пара на атомных электростанциях. М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 68). Таким образом, недостаток способа заключается в том, что он применим только для одного конкретного случая, а именно для случая безнапорного движения двухфазной смеси (барботаж пара через слой жидкости). Технический результат, на достижение которого направлено изобретение заключается в устранении указанного недостатка, а именно в расширении возможности реализации способа в двухфазных смесях, скорость которых отлична от нуля. Технический результат обеспечивается тем, что точки отбора располагают в плоскости, направленной под утлом 90^o к направлению двухфазного потока и ориентированной по направлению силы тяжести, измеряют расстояние между точками отбора, изменяют расстояние между точками отбора статического давления, повторяют весь цикл измерений необходимое число раз, определяют среднюю плотность потока двухфазной смеси по формуле:
ρ_см= ΔP/gz, (2)
где ρ_см- средняя плотность двухфазной смеси;
ΔP - разность статических давлений в двух точках канала;
z - расстояние между точками отбора статического давления;
g - ускорение свободного падения.

На чертеже показана схема канала, в котором осуществляется измерение средней плотности двухфазной смеси: ''а'' - вертикально ориентированный канал, в котором протекает пароводяная смесь; ''б'' - горизонтально ориентированный канал, в котором протекает пароводяная смесь.

Участок канала (чертеж ''б''), в котором проводится измерение средней плотности двухфазного потока состоит из корпуса 1, выполненного из трубы определенного диаметра, измерительной трубки 2, служащей для измерения статического давления. Трубка 2 ориентирована по направлению силы тяжести и лежит в плоскости, направленной под утлом 90^o к направлению двухфазного потока. Трубка 2 подсоединена к манометру M₁. Отверстие 4 служит для отбора статического давления и выполнено в стенке трубы 1 таким образом, что лежит в одной плоскости с отверстием 3 в трубке 2. Отверстие 4 подсоединено к манометру М₂.

В случае определения ρ_см в вертикально ориентированном канале двухфазная смесь направляется в горизонтально ориентированную трубку 5 (чертеж ''a''), в которой установлена измерительная трубка 2 с отверстием 3. Трубка 2 ориентирована по направлению силы тяжести и лежит в плоскости, направленной под углом 90^o к направлению двухфазного потока. Трубка 2 подсоединена к манометру M₁ . Отверстие 4 служит для отбора статического давления и выполнено в стенке трубы 5 таким образом, что лежит в одной плоскости с отверстием 3 в трубке 2. Отверстие 4 подсоединено к манометру М₂.

Измерение ρ_см рассмотрим на примере горизонтально ориентированного канала (чертеж ''б''). Для определения ρ_см измеряют статическое давление с помощью трубки 2 и отверстия 3. При этом расстояние между точками отбора равно z. При размещении трубки в нижнем положении z равно диаметру трубы. Статическое давление измеряется с помощью манометров М₂ и M₁. Далее определяется разность статических давлений и средняя плотность двухфазной смеси по формуле
ρ_см = ΔP/gz, (3)
где ρ_см - средняя плотность двухфазной смеси;
ΔP - разность статических давлений в двух точках канала;
z - расстояние между точками отбора статического давления;
g - ускорение свободного падения.

Формула (3) следует из условия равновесия на нулевой отметке, чертеж ''б'', (давление в линиях подвода и разность давлений за счет различного размещения манометров не учитываетсям).

Показания манометра М₂ равны давлению в канале Р_к, показания манометра M₁ равны соответственно - ρ_смgz+P_к.
Разность показаний манометров
ΔP = ρ_смgz,
где P_к - давление в канале;
ρ_см- средняя плотность двухфазной смеси;
ΔP - разность статических давлений в точках отбора.

Рассмотрим измерение средней плотности двухфазной смеси при следующих условиях. Измерение проходит на горизонтальном канале с внутренним диаметром 50 мм (z= d), в канале протекает пароводяная смесь при давлении 16.0 МПа, разность давлений между манометрами M₁ и М₂ составляет 150 Па. Подставив соответствующие значения в формулу (2), получим, что средняя плотность смеси составляет 300 кг/м³. Плотность воды и пара на линии насыщения при этом давлении составляют 587 и 107 кг/м³ соответственно. Оценки количества пара по гомогенной модели дают, что в рассматриваемом двухфазном потоке половина сечения канала занимает пар. Точность определения ρ_см составляет примерно 5%.

Изобретение может быть использовано для определения средней плотности двухфазной смеси в каналах парогенерирующих устройств различного назначения в стационарных и переходных режимах. Сущность: измеряют статическое давление в двух точках канала, измеряют разность этих давлений ΔP и определяют среднюю плотность двухфазной смеси по формуле ρ_см = ΔP/gz., Направление потока изменяют таким образом, чтобы точки отбора располагались на одной оси в плоскости, направленной под углом 90^o к направлению двухфазного потока и ориентированной по направлению силы тяжести, при многократном изменении положения измерительной трубки измеряют расстояние z между точками отбора. Технический результат - расширение возможностей реализации способа. 1 ил.

Способ определения средней плотности двухфазной смеси ρ_см, заключающийся в том, что измеряют статическое давление в двух точках канала, измеряют разность этих давлений ΔP, определяют среднюю плотность потока двухфазной смеси по формуле ρ_см = ΔP/gz, отличающийся тем, что изменяют направление потока таким образом, чтобы точки отбора располагались на одной оси в плоскости, направленной под углом 90^o к направлению двухфазного потока и ориентированной по направлению силы тяжести, при многократном изменении положения измерительной трубки измеряют расстояние z между точками отбора.