CN204882446U - 一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架 - Google Patents

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姚志鹏
刘乐侠
陈凯平
周世梁
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本实用新型公开了属于多相流动测试技术领域的一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架。供气管路与储气箱连通，储气箱位于最下端，储气箱中安装有压力表和安全阀，供水管路通过进水阀门与水箱连接；水箱的下部安装有进水阀门、不锈钢毛细管阵列、三层钢丝网，不锈钢毛细管阵列与储气箱相通；水箱的中部安装有两边对齐的电容极板；水箱的顶部两侧安装有疏水管。供气管路中安装有气体流量计、气体调节阀、减压阀；供水管路中安装有水流量计、水流量调节阀。可用于标定空泡份额探测器，以及优化空泡份额探测器的几何参数；能够为平行板电容法测量两相流空泡份额提供实验数据支持；实现了空泡份额的准确测量；对两相流的研究具有重要的意义。

Description

一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架
技术领域
本实用新型属于多相流动测试技术领域，尤其是涉及一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架。
背景技术
流体研究中描述单相流体流动的最基本参数为速度、质量流量、密度、压力、温度等；对于经常出现的两相流体(气液两相低温流体)，如液氮、液氢、液氦等，仅依靠压力、温度等参数难以确定其热力学状态，还需要知道两相流体中的气态份额，即空泡份额(又称为截面含气率：指在流动截面上气相所占截面积与总流通面积之比)。
目前用于低温流体空泡份额的测量方法主要分两种：一种是通过测量辐射衰减性来测量空泡份额；一种是通过测量平均介电常数或其引起的相位、频率、电容的变化量来测量空泡份额。通过测量平均介电常数引起的相位变化量、频率变化量、电容变化量来测量空泡份额的方法分别称为微波法、射频法、平行板电容法；本实用新型着重于平行板电容法。
平行板电容法的研究始于60年代，随着电极和测量电路的改进和优化，平行板电容法逐渐获得了较满意的测量结果。目前最先进的层析电容成像法不但能测量体积平均空泡份额，还可重构空泡在容器或管道内的分布情况；但当层析电容成像法应用于内有金属加热管的薄壁容器空泡份额测量时，因金属管壁的影响，测量结果存在较大偏差。本实用新型提出一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架，用于标定在不同水流速度和空气流量影响下使用平行板电容法测量得到的空泡份额值。
实用新型内容
为了解决目前在特定应用场合空泡份额的测量存在较大偏差的问题，本实用新型提出了一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架，其特征在于，包括供气管路1、储气箱2、压力表3、安全阀4、供水管路5、进水阀门6、不锈钢毛细管阵列7、三层钢丝网8、电容极板9、水箱10、疏水管11；具体为供气管路1与储气箱2连通，储气箱2位于标定实验台架的最下端，储气箱2中安装有压力表3和安全阀4，供水管路5通过进水阀门6与水箱10连接；水箱10的下部安装有进水阀门6、不锈钢毛细管阵列7、三层钢丝网8，不锈钢毛细管阵列7与储气箱2相通；水箱10的中部安装有两边对齐的电容极板9；水箱10的顶部两侧安装有疏水管11。
所述供气管路1中安装有气体流量计、气体调节阀、减压阀。
所述供水管路5中安装有水流量计、水流量调节阀。
所述电容极板9由铜板制成。
所述水箱10为长方体水箱。
本实用新型的有益效果在于，提出一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架，可用于标定空泡份额探测器，以及优化空泡份额探测器的几何参数；能够为平行板电容法测量两相流空泡份额提供实验数据支持；实现了空泡份额的准确测量；对两相流的研究具有重要的意义。
附图说明
图1为测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架示意图。
图中标号：1-供气管路、2-储气箱、3-压力表、4-安全阀、5-供水管路、6-进水阀门、7-不锈钢毛细管阵列、8-三层钢丝网、9-电容极板、10-水箱。
具体实施方式
本实用新型提出一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作详细说明。
图1所示为测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架示意图，包括供气管路、储气箱、压力表、安全阀、供水管路、进水阀门、不锈钢毛细管阵列、三层钢丝网、电容极板、水箱、疏水管；具体为供气管路与储气箱连通，储气箱位于标定实验台架的最下端，储气箱中安装有压力表和安全阀，供水管路通过进水阀门与水箱连接；水箱的下部安装有进水阀门、不锈钢毛细管阵列、三层钢丝网，不锈钢毛细管阵列与储气箱相通；水箱的中部安装有两边对齐的电容极板；水箱的顶部两侧安装有疏水管。
其中，供气管路中安装有气体流量计、气体调节阀、减压阀；供水管路中安装有水流量计、水流量调节阀；电容极板由铜板制成；水箱为长方体水箱。
空气由气泵压缩，通过供气管路进入储气箱，沿着与储气箱相通的不锈钢毛细管阵列向上流动，当水箱中有水时，即形成气泡；打开抽水泵和水流量调节阀，抽水泵从水池中抽水，水通过供水管路经进水阀门进入水箱；水向上流动，流到水箱顶部时通过两侧的疏水管流回水池。
水箱的下部安装有不锈钢毛细管阵列，不锈钢毛细管阵列与储气箱相通，空气可以通过不锈钢毛细管阵列进入水箱；若水箱中有水，即形成气泡，利用气体调节阀调节空气流量可以改变水箱中气泡的生成速度。由于水流通过供水管路进入水箱会产生压降，流型紊乱，为了使流速较为平缓，减少漩涡的产生，在水箱的下部等距排放三层钢丝网可使水流更加平稳，同时使气泡可以垂直向上流动。
供气管路处于气泵和储气箱之间，供气管路中安装的气体流量计可以用来测量气体流量；储气箱中安装有压力表和安全阀，压力表用来显示储气箱中气体的压力，当储气箱中气体压力过大时，安全阀会自动弹出，进行降压，防止储气箱爆炸；供水管路处于抽水泵与水箱之间，供水管路中安装有水流量计、水流量调节阀，水流量计用来测量水流量，水流量调节阀用来调节水流量。
水箱的中部安装有两边对齐的电容极板，电容极板由铜板制成。用亚克力板将电容极板压紧到水箱壁面，尽量使电容极板与水箱壁面之间没有间隙。亚克力板在四角打孔，用螺柱穿过并用螺栓拧紧。测量导线和电容极板采用螺栓和焊接两种方式进行连接，测量导线采用双股屏蔽线，裸露在外的测量导线用电工胶布包紧，尽量减少暴露在空气中的裸露的测量导线，以免对实验数据产生干扰。
向标定实验台架中同时通入空气和水，通过气体调节阀、水流量调节阀分别控制气体流量的大小、水流量的大小，模拟气液两相流动；使用电容极板和电容测量计测量流体的电容值，得到其对应的介电常数；进而通过计算得到空泡份额数值。具体的实验步骤为：连接并检查实验装置，检查各个阀门和管道接口处于良好状态，确定电容极板和亚克力板的位置固定；启动气泵，逐渐打开减压阀，向储气箱供气；打开抽水泵和水流量调节阀，向实验装置内充水；调节气体流量和水流量，观察气泡分布情况和两相流流型，并做好实验数据的记录，拍照或录下视频；实验数据采集完成后先排出水箱内的水，再关闭气泵，最后收拾好其他实验装置。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权力要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架，其特征在于，包括供气管路(1)、储气箱(2)、压力表(3)、安全阀(4)、供水管路(5)、进水阀门(6)、不锈钢毛细管阵列(7)、三层钢丝网(8)、电容极板(9)、水箱(10)、疏水管(11)；具体为供气管路(1)与储气箱(2)连通，储气箱(2)位于标定实验台架的最下端，储气箱(2)中安装有压力表(3)和安全阀(4)，供水管路(5)通过进水阀门(6)与水箱(10)连接；水箱(10)的下部安装有进水阀门(6)、不锈钢毛细管阵列(7)、三层钢丝网(8)，不锈钢毛细管阵列(7)与储气箱(2)相通；水箱(10)的中部安装有两边对齐的电容极板(9)；水箱(10)的顶部两侧安装有疏水管(11)。
2.根据权利要求1所述一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架，其特征在于，所述供气管路(1)中安装有气体流量计、气体调节阀、减压阀。
3.根据权利要求1所述一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架，其特征在于，所述供水管路(5)中安装有水流量计、水流量调节阀。
4.根据权利要求1所述一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架，其特征在于，所述电容极板(9)由铜板制成。
5.根据权利要求1所述一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架，其特征在于，所述水箱(10)为长方体水箱。
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