Способ измерения структуры двухфазного потока по длине трубы Советский патент 1986 года по МПК G01N25/02 

Изобретение относится к области теплофизических исследований, в част ности к способам исследования структуры двухфазного потока в парогенерирующих каналах в режиме дисперснокольцевого течения.. В широкой области параметров кризис теплоотдачи происходит в области дисперсно-кольцевого режима течения. Дисперсно-кольцевой реясим характеризуется наличием пристенной жидкой пленки, текущей по обогреваемой поверхности, и. парового ядра, переносящего капли жидкости. Попытки полного описания течения двухфазного потока наталкиваются на ряд трудностей, связанных как с недостатком сведений о массо-обменных процессах в этой области, так и с неполной разработанностью математического аппарата для описания двизкения и теплопереноса Б двухфазных средах. Необходимую информацию для расчета характеристик двухфазного потока можно получить путем использования интегральных характеристик потока, таких как расход жидкости в пристен. ной пленке и в ядре потока, расход пара. Известны способы измерения локаль ных характеристик двухфазного потока основанные, например, на измерении электропроводимости кидкости и пара В качестве датчиков обычно используются всевозможные электропроводящие зонды. Использование этих методов позволяет получить различные локаль. ные характеристики: мгновенную толщи ну пленки, размер капель, переносхдаы паровым ядром, и т.п. Получение интегральных характеристик двухфазного потока,в частности расхода жидко ти в пристецной пленке и ядре, доста точно сложно, повкольку требует интегрирования локальных характеристи которые зависят от большого количес ва переменных, трудноподдающихся обо щению. Кроме того, датчики для изме рения локальных- характеристик недос таточно надежны и вносят возмущенке в р1змеряемый поток, что приводит к неконтролируемым погрешностям при измерении. Наиболее близким по технической супщости к изобретению является -спо соб измерения структуры двухфазного потока камерой отбора, установленно 6Z на выходе из трубы. Камера отбора представляет собой либо кольцевую цель, через которую отсасывается двухфазная проба, либо пористую вставку. Измерение, например, расхода -жидкости в пристенной пленке осуществляется следующим образом. Отбирается дву:хфазная проба камерой, установлен ной на выходе канала, затем тем или иным способом двухфазная пробаразделяется на жидкостную и паровую соста вляющие. Изменяя перепад давлений в сечении отбора, получают ряд проб с различным содержанием жидкости и пара. На основе измерений строится график C,j(G) , из которого определяется область инвариантности расхода отбираемой жидкости расхода пара G. Экстраполируя эту область до пересечения с осью ординат, определяют расход жидкости в пристенной пленке С„.. Если необходимо провести измерение по длине трубы, передвигают нижний токоподвод по направлению движения теплоносителя и проводят измерение камерой, установленной на выходе, ниясеописанным способом. Обычно такие измерения выполняют на трубах с равномерным тепловыделением по дпине, поскольку в этом случае передвюкение камеры отбора в направлении против Движения теплоносителя эквивалентно перемещению ниншего токоподвода по направлению движения теплоносителя. Для создания физически обоснованных моделей кризиса теплоотдачи в области дисперсно-кольцевого течения необходимы данные по распределению ««даости между ядром потока и пристенной пленой в трубах с неравномерным тепловыделением по длине. Такие данные отсутствуют, поскольку измерение структуры по длине канала с неравномерным тепловьщелением наталкивается на ряд трудностей. Обычно неравномерное тепловыделение в экс-, периментальных условиях создается путем пропускания тока через трубу с переменным сечением, соответствующим определенному типу неравномерного тепловьщеления. В этом случае измерение структуры потока камерой, Остановленной на выходе, принципиально невозможно ввиду неэквивалентнос.ти перемещения нижнего токоподвода по направлению движения теплоносителя и камеры отбора, установленной на

выходе, против движения теплоносителя (при перемещении нижнего токоподвода по направлению движения теплоносителя меняется градиент теплового q потока по длине трубы Z).

Целью изобретения является повышение точности измерения структуры двухфазного потока-в трубах с неравномерным профилем теплового потока по длине.

Цель достигается тем, что по способу измерения структуры двухфазного потока по длине трубы, заключающемуся в подводе к трубе теплового потока, отборе двухфазной пробы на выходеf5 из трубы, разделения отобранной про бы на жидкостную и паровую составля ющие, построении зависимости расхода жидкости от расхода пара, определении на основе этой зависимости количества жидкости в пристенной пленке на выходе трубы, изменении длины участка подвода теплового потока и повторном отборе двзгхфазной пробы, дополнительно подводят к тру бе с постоянным сечением тепловой поток с неравномерным профилем, отбирают двухфазную пробу на выходе из трубы, изменяют длину подвода не равномерного теплового потока на ша AZ, устанавливают неравномерный про филь теплового потока на измененной длине, определяемый из условия р-п-лг idem, где q(Z) - первоначальное распреде ление теплового потока по длине трубы; - длина трубы; л2 - шаг измерений; ,1,2...- число измерений, повторяют весь цикл измерений, и получают искомую величину. Установление неравномерного профиля теплового потока достигается либо путем шунтирования отдельных участков трубы от различных источников тока, либо с помощью косвенных источников обогрева. На фиг. 1 показана труба с постоянным сечением и равномерньгм тепловыделением по длине; на фиг. 2 труба с переменным сечением и неравномерным тепловьщелением..Измерение структуры двухфазного потока камерой установленной на выходе, невозможно

На фиг. 3 изображена труба с постоянным сечением, неравномерное тепловыделение создается при помощи питания от трех независимых источников. Измерение камерой, установленной на выходе, возможно. 1,2,3,4 токоподводы.

Рассмотрим подробнее способы исследования структуры двухфазного потока.

Пусть необходимо измерить структуру двухфазного потока на трубе с неравномерным тепловыделением (фиг.2). Обычно неравномерное тепловыделение. достигается путем пропускания тока от источника питания через со специально спрофилированным сечени- ем. Измерение- структуры двухфазного потока камерой, установленной на выходе, в таком случае невозможно ввиду неэквивалентности перемещения нижнего токоподвода по направлению движения теплоносителя и камеры против движения теплоносителя. Цереме|цение камеры против движения теплоносителя (для осуществления измерения расхода жидкости в пристенной пленке) требует.удаления части трубы и последуюй1ей приварки камеры в сечение трубы, где проводится измерение. Это в значительной степени удорожа-. ет стоимость эксперимента и требует значительного количества времени для получения одной экспериментальной точки. По предпоженному способу берется труба с постоянным сечением. Устанавливает неравномерный профиль теплового потока, например, при помощи трех отдельных источников тока. Измерения проводят следующим образом. Задают-. необходимые режимные параметры: температуру теплоносителя на входе, расход, уровни тепловых потоков q,, q, q.Проводят измерение расхода пристенной пленки G . Затем перемещают токоподводы 1-3 на величину AZ и устанавливают на трубе, неравномерный профиль теплового потока, соответствующий профилю, которьй устанавливался бы.на трубе при перемещении камеры на расстояние uZ против движения теплоносителя. После проведения измерения перемещают токопроводы 1-3, устанавливаю.т новый профиль теплового потока и проводят измерение .

Втд тепл

HOwmeAft

///.

.1

Фиг. 2

1 СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРЫ ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА ПО ДЛИНЕ ТРУБЫ, заключающийсяв подводе к трубе теплового потока, отборе двухфазной пробы на выходе из трубы, разделения отобранной пробы на жидкостнзто и паровзда составляющие, построение зависимости расхода жидкости от расхода пара, определении на основе этой зависимости количества жидкости в пристенной пленке на выходе трубы, изменении длины участка подвода теплового потока и повторном отборе двухфазной пробы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения структуры двухфазного потока в трубах с неравномерным профилем теплового потока по длине трубы, дополнительно подводят к трубе с.постоянным сечением .тепловой поток с неравномерным профилем, отбирают двухфазную пробу на выходе трубы, изменяют длину подвода неравномерного теплового потока на шаг д2, устанавливают неравномерньй профиль теплового потока на изменённой длине,определяемый из условия q(Z) idem, где q(Z) - первоначальное распределение теплового потока по длине трубы; - длинд трубы; uZ - шаг измерений; ,1,2...- число измерений. I Повторяют весь цикл измерений и получают искомую величину. W 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что неравномерный с профиль теплового потока устанавливают с помощью шунтирования отдельных участков трубы. 3.Способ по п. 1, о т л и ч а юсо щ ий с я тем, что неравномерный . СП профиль тегшового потока устанавли вают с помощью питания отдельных о участков трубы от различных источнию ков тока. О) 4. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что неравномерный профиль теплового потока, устанавливают с помощью косвенных источников обогрева.

Камера отбора

Сечение mpyffbi

Фиг.З