CN113740253A - 确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置、系统和方法，包括管道、孔板及其密封装置和多个压力传感器，孔板及密封装置安装在管道中段；多个压力传感器分别通过对应的压力传感器连接装置安装在管道上；孔板及其密封装置包括依次设置的第一法兰、孔板和第三法兰，第一法兰和第三法兰通过周向分布的多个螺栓紧固件及配套的螺母穿接；第一法兰、第三法兰与孔板之间分别设有多个密封垫；第一法兰、第三法兰分别固定在管道上。本发明通过测量孔板前后多个采集点的压力脉动，以改进后的空化噪声法判断孔板空化初生，使得初生空化数计算更加精准，能够适用于高温高压工况，另外，能够应用于多种形式的孔板。

Description

确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置、系统及方法

技术领域

本发明属于机械装置技术领域，具体涉及一种确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置、系统及方法。

背景技术

孔板空化现象是由于管道截面突变引起的流体压力急剧下降，当流体压力降低至相应温度下该液体的饱和蒸汽压时，液体蒸发而产生微气泡爆发性生长的现象，即称之为孔板空化。管道中液体的流速不变而压强降低(或压强不变流速增加)时，流场内部分区域偶然初次出现微小空穴的临界状态称为空化初生。在实际工程应用中，无论是避免空化现象发生或是利用空化，都需关注空化何时发生。

在核电厂的整个二回路系统中，大量采用节流孔板来阻隔或限制流动，孔板的设计依据通常是设计者的经验或是一些经验公式，容易产生过度节流，从而在孔板下游产生气蚀，引发管路的剧烈振动和噪声，除此之外，孔板空化产生的高频啸叫对人的注意力和健康都产生了极大的干扰。因此，需要对孔板空化初生做以判断，以便于对孔板节流加以控制。

初生空化数是判别流体流经孔板后是否发生空化的标准和依据，空化发生时的空化数为初生空化数。目前，判断空化初生的方法主要包括目测法和噪声法。目测法是通过用肉眼观察流场内部是否有空穴产生来判断是否发生空化，该方法仅限于常温常压工况下；噪声法则是通过探测流场内空泡初生时发出的超声波来判断空化初生。

目测法：常温常压下，通过目测观测到气泡出现作为空化发生的起始点，此时由式(1)计算得到的孔板空化数σ即为初生空化数。

式中：P_∞为入口来流流体压力，单位是Pa；P_v为T_∞(入口来流流体温度) 下的饱和蒸气压，单位为Pa；ρ和v为T_∞和P_∞下的来流流体密度和来流流体流速，单位是kg/m³和m/s。

噪声法：利用声压探头采集空泡溃灭时的声压及声能，通过信号放大及处理来进行判定，如声压级法：

ΔSPL＝SPL_f-SPL_f0 (2)

式中：SPL_f为空化发生时的声压级，SPL_f0为背景噪声声压级，一般ΔSPL≈5dB时认为空化初生，此时可由式(1)计算得到孔板空化数σ即为初生空化数；ΔSPL≈5～10dB时为空化初生阶段，ΔSPL>10dB时为空化发展阶段。

上述目测法和传统噪声法具有一定的局限性。当系统压力过高时，可视化试验无法进行，目测法无法适用；当背景噪声大于空化噪声时，传统噪声方法得到的初生空化数并不准确。而在核电站二回路系统中，系统中流体处于高温高压状态，且系统中背景噪声或等于或大于空化噪声，因而得到的空化噪声谱所包含的成分较多。因此，两种方法均存在有缺陷，所以本领域常常通过改进噪声法来满足高温高压下孔板初生空化数的确定。

比如中国专利(公开号：CN 107491623 A，名称：平头孔板初生空化数的确定方法)，该方法采用了数值模拟的方式，根据雷诺数Re、孔径比β和厚径比a得到平头孔板初生空化数σ_i的经验表达式。该专利在限定雷诺数和厚径比的情况下，所得平头孔板初生空化数的经验表达式仅与孔径比有关，未考虑流动参数的影响，而高温高压下孔板初生空化数不仅和孔板的结构参数有关，与其内的流动参数也密切相关。除此之外，数值模拟方法在高温高压工况下的适用性无法得到验证。

综上，目前国内外均较少有公开成果和专利介绍涉及高温高压下孔板初生空化数的确定，大多数成果内容均是对常温常压下孔板初生空化数的研究。因此，亟需设计一种高温高压下孔板初生空化数的确定方法。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于，提供一种确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置、系统和方法，以解决现有技术存在的对孔板的初生空化数确定不够准确，以及不能适用于高温高压环境试验的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：

一种确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置，包括管道、孔板及其密封装置和多个压力传感器，其中，所述孔板及密封装置安装在管道中段；所述多个压力传感器分别通过对应的压力传感器连接装置安装在管道上；所述孔板及其密封装置包括依次设置的第一法兰、孔板和第三法兰，其中，所述第一法兰和第三法兰通过周向分布的多个螺栓紧固件及配套的螺母穿接；所述第一法兰、第三法兰与孔板之间分别设有多个密封垫；第一法兰、第三法兰分别固定在管道上。

进一步的，所述第一法兰和孔板之间还设置有第二法兰，所述密封垫位于第二法兰和孔板之间。

进一步的，所述第二法兰靠近孔板的一侧中心处设有环形凹槽，密封垫的外径处于该环形凹槽的内径和外径之间，该环形凹槽的厚度等于或小于第二法兰和孔板之间的多个密封垫的厚度之和；第三法兰靠近孔板的一侧中心处设有同样的环形凹槽。

进一步的，所述压力传感器连接装置包括底座和套在其外的套筒；套筒上端设有内螺纹；所述底座下端加工为同管道的外径相同的弧形；底座上端有锥度。

进一步的，所述压力传感器连接装置的间距相等；所述孔板相邻的两个压力传感器连接装置与孔板的距离相等，且等于压力传感器连接装置的间距。

本发明给出的一种确定高温高压下孔板初生空化数的试验系统，包括水箱、水泵、流量计、加热装置和闭合管道，其中，所述水箱、水泵、流量计、加热装置按照水流方向依次安装在主管道上，所述水泵和水箱之间还通过一分支管道相连使得两者之间形成闭合的旁路；在水泵出水端的分支管道上设有调节阀，在所述加热装置和水箱之间的管道上安装所述试验装置，在加热装置和试验装置之间设有热电偶和压力表；其中，所述试验装置采用本发明上述的试验装置。

本发明给出的一种确定高温高压下孔板初生空化数的试验方法，该方法采用本发明上述的试验系统进行，具体包括如下步骤：

步骤1，确定待检测孔板在空化发生工况下的主频f₀；

步骤2，确定非空化工况下主频f₀对应的压力脉动幅值A₀；

步骤3，根据压力脉动幅值A₀，调整运行工况，得到孔板初生空化数；

步骤4，设定多种高温高压条件，每种条件下重复执行步骤1～3，将得到的所有的初生空化数与温度、压力和流速进行拟合得到拟合关系式。

进一步的，所述步骤1包括如下子步骤：

步骤1-1，对于待检测的孔板，在空化数为0.1～0.5的工况下，实时连续采集管道1内各采集点处的压力脉动信号，对孔板后端各采集点获得的每个压力脉动信号作离散时间傅里叶变换，得到每个采集点对应的频谱图；

离散傅里叶变换公式为：

X(k)为频域信号，即横坐标为频率的压力脉动幅值，x(t)为信号采样的时间序列，即横坐标为时间的压力脉动幅值，N为时间序列x(t)的长度；

步骤1-2，选取孔板下游每个采集点对应的频谱图中最大压力脉动幅值对应的频率作为每个采集点对应的主频，选取所有下游采集点对应的主频中出现次数最多的主频取值作为空化发生时的主频f₀。

进一步的，所述步骤3包括如下子步骤：

步骤31，将运行工况由10向0.5进行调整，在每个运行工况下，实时连续采集管道内各采集点处的压力脉动信号，然后对采集到的压力脉动信号作离散时间傅里叶变换，得到该工况下各采集点对应的频谱图，将每个频谱图的数据对应加和平均得到该工况下的频谱图，根据该工况下的频谱图获取主频f₀所对应的压力脉动幅值A；实时判断A的大小，当A＝2A₀时，认为孔板空化处于初生空化状态，停止调整工况；

步骤32，利用式(1)计算得到孔板空化数，作为该工况下的孔板初生空化数σ_i。

式中：σ为孔板空化数，P_∞为入口来流流体压力，由孔板前端的多个采集点获取的压力脉动信号的平均值，单位是Pa；P_v为入口来流流体温度T_∞下的饱和蒸气压，单位为Pa；ρ和v为T_∞和P_∞下的来流流体密度和来流流体流速，单位是kg/m³和m/s，v＝Q/(900*ρ*πD²)，Q为管道中流体流量，由试验系统中的流量计测得，单位是kg/h。

进一步的，所述步骤4包括如下子步骤：

步骤41，根据实际应用的高温高压环境的条件范围，设定多个高温、高压参数；

步骤42，根据设定的高温或高压参数，重复步骤1-3，得到不同高温、高压条件下对应的孔板初生空化数；对于每次循环，利用公式(2)～(4)计算无量纲参数θ、压力的无量纲参数ξ、流速的无量纲参数Re：

式中：T_∞、P_∞分别为来流流体温度和压力，可由试验测量得到，单位分别为℃和Pa；T_cr、P_cr分别为来流流体临界温度和临界压力，单位为℃和Pa； D为管道的直径，单位为m；ρ、η分别为T_∞、P_∞下流体的密度和动力粘度，可由流体物性查得，单位是kg/m³和m·Pa/s；v为来流流体流速，单位是m/s， v＝Q/(900*ρ*πD²)，Q为管道中流体流量，可由试验系统中的流量计测得，单位是kg/h。

步骤43，利用公式(5)，将得到的初生空化数σ_i同θ、ξ和Re作多元参数拟合得到拟合关系式：

σ_i＝a+b*θ^c+d*ξ^e+f*Re^g (5)

其中a、b、c、d、e、f、g均为未知参数。

相较于现有技术，本发明具有如下技术效果：

(1)本发明的试验装置、试验系统和方法中，通过测量孔板前后多个采集点的压力脉动，以改进后的空化噪声法判断孔板空化初生，使得初生空化数计算更加精准。

(2)本发明不仅可以替代现有技术适用于各种常温常压下的孔板初生空化数的确定，还可以适用于核电厂等高温高压工况下孔板初生空化数的准确测量。

(3)该方法适用范围广，可应用于多种形式的孔板，如单孔孔板、多孔孔板、锥形入口孔板、楔形孔板等。

附图说明

图1为本发明的孔板初生空化数试验装置的结构示意图。

图2为孔板及其密封装置的结构示意图。

图3为各法兰的结构示意图。其中，(a)第一法兰，(b)第二法兰。

图4为孔板的结构示意图。其中，(a)单孔孔板，(b)多孔孔板，(c) 锥形入口孔板。

图5为压力传感器连接装置的结构示意图。

图6为底座和套筒的结构示意图。其中，(a)底座，(b)套筒。

图7为本发明的高温高压下孔板初生空化数的试验系统的结构示意图。

图8为实施例中常温常压下空化发生工况下各个采集点的频谱图。

图9为实施例中常温常压下各种工况下得到的频谱图。

图10是本发明的试验装置所应用的试验系统原理图。

具体实施方式

本发明是针对核电站二回路系统中节流孔板设计的一种确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置、系统及方法。

为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

本发明提供了一种确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置，其结构如图1所示，包括管道1、孔板及其密封装置2和多个压力传感器。其中，孔板及密封装置2安装在管道1中段；多个压力传感器分别通过对应的压力传感器连接装置3安装在管道1上且排成一条线。

所述孔板及其密封装置结构如图2所示。包括依次设置的第一法兰22、孔板25和第三法兰27，其中，第一法兰22和第三法兰27通过周向分布的多个螺栓紧固件21及配套的螺母26穿接；第一法兰22、第三法兰27与孔板25之间分别设有多个密封垫24(优选石墨密封垫)；第一法兰22、第三法兰27分别固定在管道1上。优选的，第一法兰22和孔板25之间还设置有第二法兰23，石墨密封垫24位于第二法兰23和孔板25之间。以方便孔板25 的拆卸。这样设计是因为第一法兰22和第三法兰27和管道1分别固定连接 (即不可拆卸的连接)，在未设置第二法兰23时，由于孔板25两边的密封垫 24在安装后为被挤压的状态，在两边均为不可拆卸的法兰(即第一法兰22 和第三法兰27)的情况下，孔板25不易取出；而在设置了可拆卸的活动的第二法兰23的情况下，如需更换孔板25，可先拆卸第二法兰23，此时再更换孔板25就非常易于实现了。

优选的，如图3(b)所示，第二法兰23靠近孔板25的一侧中心处设有环形凹槽23-1，密封垫24的外径处于该环形凹槽23-1的内径和外径之间，该环形凹槽23-1的厚度等于或小于第二法兰23和孔板25之间的多个密封垫 24的厚度之和，优选的，在小于的情况下，环形凹槽的设计使得当法兰通过螺栓紧固件21和螺母26连接紧压时，孔板25挤压密封垫24使其嵌入环形凹槽中，从而使得第二法兰23、孔板25与密封垫24连接更加紧密，提高了第二法兰23和孔板25之间的密封性。

同理，优选的，第三法兰27靠近孔板25的一侧中心处设有同样的环形凹槽，以提高第三法兰27和孔板25之间的密封性。

优选的，第一法兰22、第三法兰27与管道1的连接方式为焊接。

优选的，如图4所示，孔板25可以选择常规的孔板，如单孔孔板(见图 4(a))、多孔孔板(见图4(b))、锥形入口孔板(见图4(c))，或者楔形孔板。

优选的，压力传感器连接装置3的结构如图5、图6所示，包括底座31 和套在其外的套筒32，两者之间优选螺接，方便拆卸；套筒32上端设有内螺纹，方便安装压力传感器，压力传感器安装后保证接触底座31的上端。

优选的，底座31与管道1的连接方式为焊接；底座31下端以线切割方式加工为同管道1的外径相同的弧形，保证与管道1的外壁面紧密贴合的同时，减少因加工引起的管道1开孔处进一步破坏，以提高测量精度。底座31 上端有锥度，以使得其与压力传感器连接时采用锥度密封，从而提高压力传感器连接装置3的密封性。

优选的，压力传感器连接装置3的间距相等，均为3d，d为管道1的直径。孔板25相邻的两个压力传感器连接装置3与孔板25的距离均为3d。

优选的，管道1、孔板25、第一法兰22、第二法兰23、第三法兰27的材质均为316L不锈钢；螺栓紧固件21、螺母26的材质均为42CrMo合金钢；底座31、套筒32的材质均为耐高温Alloy 617镍基合金。

如图7所示，本发明提供了一种确定高温高压下孔板初生空化数的试验系统，包括水箱、水泵、流量计、加热装置和闭合管道，其中，水箱、水泵、流量计、加热装置按照水流方向依次安装在主管道上，水泵和水箱之间还通过一分支管道相连使得两者之间形成闭合的旁路；在水泵出水端的分支管道上设有调节阀，在加热装置和水箱之间的管道上安装本发明的试验装置，在加热装置和试验装置之间设有热电偶和压力表。优选的，水箱的入水口设置有滤网，用于过滤杂质提高水箱使用寿命。

其中，水泵、调节阀用于调节旁路的流量及压力，加热装置用于调节主管道中流体温度；流量计内设有两个并行的阀门，阀门用于调节主管道的流量及压力，流量计用于测量主管道中流量，热电偶和压力表分别用于测量本发明的试验装置的来流(上游)的温度和压力。综上，本发明的试验系统根据需要对管道中流体的温度、压力和流量进行调节，从而为试验装置创造所需要的试验工况。

基于上述本发明的试验装置和试验系统，本发明还给出了一种确定高温高压下孔板初生空化数的试验方法：

传统的噪声法是利用声压探头采集空泡溃灭时的声压及声能，通过信号放大及处理来进行判定，其缺点是如果背景噪声大于空化噪声时，该判定方法则不能准确描述空化初生。因此，本发明提出，通过测量孔板25前后管内压力脉动，将其做频谱分析，以空化发生频率下压力脉动幅值变化来判断空化初生。

如图8所示，本发明的试验方法具体包括如下步骤：

步骤1，确定待检测孔板在空化发生工况下的主频f₀

从现有成果文献中可知，常温常压下孔板的初生空化数在1左右，高温高压下孔板空化发生难度要高于常温常压下孔板空化难度，因此可以推断高温高压工况下孔板初生空化数要大于1。在空化数为0.1～0.5的工况(优选0.2) 下进行试验则一定可以发生空化。因此，具体执行如下操作：

步骤1-1，对于待检测的孔板25，在空化数为0.1～0.5的工况下，实时连续采集管道1内各采集点处(即各连接装置3的安装位置处)的压力脉动信号，对孔板25后端(下游)各采集点获得的每个压力脉动信号作离散时间傅里叶变换(DTFT，Discrete-time FourierTransform)，得到每个采集点对应的频谱图。

离散傅里叶变换公式为：

X(k)为频域信号，即横坐标为频率的压力脉动幅值，x(t)为信号采样的时间序列，即横坐标为时间的压力脉动幅值，N为时间序列x(t)的长度。

压力传感器采集到的压力脉动信号以时间为横坐标，以压力脉动幅值为纵坐标；通过离散傅里叶变换公式，将压力脉动信号转换为以频率为横坐标，以压力脉动幅值为纵坐标。

步骤1-2，选取孔板下游每个采集点对应的频谱图中最大压力脉动幅值对应的频率作为每个采集点对应的主频，选取所有下游采集点对应的主频中出现次数最多的主频取值作为空化发生时的主频f₀。

本发明的实施例中，孔板25下游的5个采集点分别得到的频谱图示例如图9所示，其工况条件为入口流体压力2.5MPa，入口流体温度为220℃，入口流量为1.6t/h，计算得到该工况下空化数为0.5。从图中可以看到，各个采集点对应的主频基本都在15Hz附近，故空化发生时的主频f₀确定为15Hz。

步骤2，确定非空化工况下主频f₀对应的压力脉动幅值A₀

由经验得知，在空化数较大(大于10)的工况下进行试验则一定不会发生空化，因此，本步骤的非空化工况取常温常压下且空化数大于10的工况。具体操作如下：

选取空化数大于10多个工况(比如10、15和20)，在选取的每种工况下，实时连续采集管道内各采集点处(即各连接装置3的安装位置处)的压力脉动信号，然后对采集到的压力脉动信号作离散时间傅里叶变换，得到该工况下各采集点对应的频谱图，将每个频谱图的数据对应加和平均得到该工况下的频谱图，根据该工况下的频谱图获取主频f₀所对应的压力脉动幅值。最后，取所有工况下获取的主频f₀所对应的压力脉动幅值的平均值，作为非空化工况下主频f₀对应的压力脉动幅值A₀。

本实施例中，如图10所示，在空化数为10、15、20的工况下，分别进行信号采集及傅里叶转换，最后得到的三种工况的平均压力脉动幅值为50Pa 左右，因此确定主频f₀对应的压力脉动幅值A₀为50Pa。

如图10所示，随着空化数的变化，在主频f₀附近的压力脉动幅值也随之向相反的方向变化。从图中可以看出，空化数为10、15、20的工况下，主频 f₀对应的压力脉动幅值为50Pa，当空化数为2时，主频f₀附近压力脉动幅值为200Pa，随着空化数的进一步减小到0.5时，压力脉动幅值可达到800Pa。

步骤3，调整运行工况，得到孔板初生空化数。具体如下：

步骤31，将运行工况由10向0.5进行调整，在每个运行工况下，实时连续采集管道内各采集点处的压力脉动信号，然后对采集到的压力脉动信号作离散时间傅里叶变换，得到该工况下各采集点对应的频谱图，将每个频谱图的数据对应加和平均得到该工况下的频谱图，根据该工况下的频谱图获取主频f₀所对应的压力脉动幅值A；实时判断A的大小，当A＝2A₀时，认为孔板空化处于初生空化状态，停止调整工况；

该步骤中，对运行工况由10向0.5进行逐步调整，该空化数由大变小的过程即为空化由无到有的过程，在该过程中必然存在空化初生的工况。

步骤32，利用式(1)计算得到孔板空化数，作为该工况下的孔板初生空化数σ_i。

式中：σ为孔板空化数，P_∞为入口来流流体压力(由孔板25前端即上游的多个采集点获取的压力脉动信号的平均值)，单位是Pa；P_v为入口来流流体温度T_∞下的饱和蒸气压，单位为Pa；ρ和v为T_∞和P_∞下的来流流体密度和来流流体流速，单位是kg/m³和m/s，v＝Q/(900*ρ*πD²)，Q为管道中流体流量，由试验系统中的流量计测得，单位是kg/h。

步骤4，拟合初生空化数同工况参数间的函数关系式

上述步骤1～3为本发明确定任意环境条件下孔板初生空化数的方法，因此，需要找到高温高压工况下的孔板初生空化数与温度、压力、流量三个参数的内在联系，从而需要根据实际应用的高温高压环境的条件范围内，选择合适的高温高压条件进行步骤1～3，计算得到对应的孔板的初生空化数，并将它们进行多元参数拟合，得到待检测孔板与工况条件的拟合关系式。从而可以利用该拟合关系式计算得到该待检测孔板在任一高温高压条件下的初生空化数。具体步骤如下：

步骤41，根据实际应用的高温高压环境的条件范围内，设定多个高温、高压参数；

设定的参数条件数量越多，最终得到的函数关系式越能准确描述各个参数之间的关系；而设计的数量过多，又会产生大量的计算，因此，设定的参数个数要有合适的数量，以同时平衡准确性和效率。

本发明的实施例中，孔板的应用环境为核电厂二回路，该环境中压力一般不超过5MPa，流量不超过2t/h，温度不超过260℃。设定高温高压参数时，每个循环(即步骤1～3为一个迭代循环)中设定某一个参数不变，其他两个参数根据当前循环中每个步骤的空化数要求进行调整。结束一次循环，就得到一个该参数组合对应的孔板初生空化数。设定参数为压力时，可取1Mpa、 2Mpa、3Mpa、4Mpa或5Mpa；为温度时，可取100℃、150℃、200℃或 250℃；为流量时，保证温度和压力在该应用环境要求的高温高压的范围内即可。当然，温度和压力的步长也可以更小一些。

步骤42，根据设定的高温或高压参数，重复步骤1-3，得到不同高温、高压条件下对应的孔板初生空化数；对于每次循环，利用公式(2)～(4)计算无量纲参数θ、压力的无量纲参数ξ、流速的无量纲参数Re：

式中：T_∞、P_∞分别为来流流体温度和压力，可由试验测量得到，单位分别为℃和Pa；T_cr、P_cr分别为来流流体临界温度和临界压力，可由流体物性得知，单位为℃和Pa；D为管道的直径，可直接测量得到，单位为m；ρ、η分别为T_∞、P_∞下流体的密度和动力粘度，可由流体物性查得，单位是kg/m³和 m·Pa/s；v为来流流体流速，单位是m/s，v＝Q/(900*ρ*πD²)，Q为管道中流体流量，可由试验系统中的流量计测得，单位是kg/h。

步骤43，利用公式(5)，将得到的初生空化数σ_i同θ、ξ和Re作多元参数拟合得到拟合关系式：

σ_i＝a+b*θ^c+d*ξ^e+f*Re^g (5)

其中a、b、c、d、e、f、g均为未知参数。

综上，本发明的方法得到了高温高压参数与待测的孔板的初生空化数之间的关系，从而可以通过本发明得到的拟合关系式，计算得到该待检测孔板在任一高温高压条件下的初生空化数。

根据上述说明书，本领域技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改，并不局限于上面描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置，其特征在于，包括管道、孔板及其密封装置和多个压力传感器，其中，所述孔板及密封装置安装在管道中段；所述多个压力传感器分别通过对应的压力传感器连接装置安装在管道上；所述孔板及其密封装置包括依次设置的第一法兰、孔板和第三法兰，其中，所述第一法兰和第三法兰通过周向分布的多个螺栓紧固件及配套的螺母穿接；所述第一法兰、第三法兰与孔板之间分别设有多个密封垫；第一法兰、第三法兰分别固定在管道上。

2.如权利要求1所述的确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置，其特征在于，所述第一法兰和孔板之间还设置有第二法兰，所述密封垫位于第二法兰和孔板之间。

3.如权利要求1所述的确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置，其特征在于，所述第二法兰靠近孔板的一侧中心处设有环形凹槽，密封垫的外径处于该环形凹槽的内径和外径之间，该环形凹槽的厚度等于或小于第二法兰和孔板之间的多个密封垫的厚度之和；第三法兰靠近孔板的一侧中心处设有同样的环形凹槽。

4.如权利要求1所述的确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置，其特征在于，所述压力传感器连接装置包括底座和套在其外的套筒；套筒上端设有内螺纹；所述底座下端加工为同管道的外径相同的弧形；底座上端有锥度。

5.如权利要求1所述的确定高温高压下孔板初生空化数的试验装置，其特征在于，所述压力传感器连接装置的间距相等；所述孔板相邻的两个压力传感器连接装置与孔板的距离相等，且等于压力传感器连接装置的间距。

6.一种确定高温高压下孔板初生空化数的试验系统，其特征在于，包括水箱、水泵、流量计、加热装置和闭合管道，其中，所述水箱、水泵、流量计、加热装置按照水流方向依次安装在主管道上，所述水泵和水箱之间还通过一分支管道相连使得两者之间形成闭合的旁路；在水泵出水端的分支管道上设有调节阀，在所述加热装置和水箱之间的管道上安装所述试验装置，在加热装置和试验装置之间设有热电偶和压力表；其中，所述试验装置采用权利要求1-5任一项所述的试验装置。

7.一种确定高温高压下孔板初生空化数的试验方法，其特征在于，该方法采用权利要求6所述的试验系统进行，具体包括如下步骤：

步骤1，确定待检测孔板在空化发生工况下的主频f₀；

步骤2，确定非空化工况下主频f₀对应的压力脉动幅值A₀；

步骤3，根据压力脉动幅值A₀，调整运行工况，得到孔板初生空化数；

步骤4，设定多种高温高压条件，每种条件下重复执行步骤1～3，将得到的所有的初生空化数与温度、压力和流速进行拟合得到拟合关系式。

8.如权利要求7所述的确定高温高压下孔板初生空化数的试验方法，其特征在于，所述步骤1包括如下子步骤：

步骤1-1，对于待检测的孔板，在空化数为0.1～0.5的工况下，实时连续采集管道1内各采集点处的压力脉动信号，对孔板后端各采集点获得的每个压力脉动信号作离散时间傅里叶变换，得到每个采集点对应的频谱图；

离散傅里叶变换公式为：

X(k)为频域信号，即横坐标为频率的压力脉动幅值，x(t)为信号采样的时间序列，即横坐标为时间的压力脉动幅值，N为时间序列x(t)的长度；

步骤1-2，选取孔板下游每个采集点对应的频谱图中最大压力脉动幅值对应的频率作为每个采集点对应的主频，选取所有下游采集点对应的主频中出现次数最多的主频取值作为空化发生时的主频f₀。

9.如权利要求7所述的确定高温高压下孔板初生空化数的试验方法，其特征在于，所述步骤3包括如下子步骤：

步骤31，将运行工况由10向0.5进行调整，在每个运行工况下，实时连续采集管道内各采集点处的压力脉动信号，然后对采集到的压力脉动信号作离散时间傅里叶变换，得到该工况下各采集点对应的频谱图，将每个频谱图的数据对应加和平均得到该工况下的频谱图，根据该工况下的频谱图获取主频f₀所对应的压力脉动幅值A；实时判断A的大小，当A＝2A₀时，认为孔板空化处于初生空化状态，停止调整工况；

步骤32，利用式(1)计算得到孔板空化数，作为该工况下的孔板初生空化数σ_i。

式中：σ为孔板空化数，P_∞为入口来流流体压力，由孔板前端的多个采集点获取的压力脉动信号的平均值，单位是Pa；P_v为入口来流流体温度T_∞下的饱和蒸气压，单位为Pa；ρ和v为T_∞和P_∞下的来流流体密度和来流流体流速，单位是kg/m³和m/s，v＝Q/(900*ρ*πD²)，Q为管道中流体流量，由试验系统中的流量计测得，单位是kg/h。

10.如权利要求7所述的确定高温高压下孔板初生空化数的试验方法，其特征在于，所述步骤4包括如下子步骤：

步骤41，根据实际应用的高温高压环境的条件范围，设定多个高温、高压参数；

步骤42，根据设定的高温或高压参数，重复步骤1-3，得到不同高温、高压条件下对应的孔板初生空化数；对于每次循环，利用公式(2)～(4)计算无量纲参数θ、压力的无量纲参数ξ、流速的无量纲参数Re：

式中：T_∞、P_∞分别为来流流体温度和压力，可由试验测量得到，单位分别为℃和Pa；T_cr、P_cr分别为来流流体临界温度和临界压力，单位为℃和Pa；D为管道的直径，单位为m；ρ、η分别为T_∞、P_∞下流体的密度和动力粘度，可由流体物性查得，单位是kg/m³和m·Pa/s；v为来流流体流速，单位是m/s，v＝Q/(900*ρ*πD²)，Q为管道中流体流量，可由试验系统中的流量计测得，单位是kg/h。

步骤43，利用公式(5)，将得到的初生空化数σ_i同θ、ξ和Re作多元参数拟合得到拟合关系式：

σ_i＝a+b*θ^c+d*ξ^e+f*Re^g (5)

其中a、b、c、d、e、f、g均为未知参数。

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