CN205719850U - 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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Abstract
本实用新型属于多相流动测试技术领域，特别涉及一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架。所述标定实验台架包括水泵、第一调节阀、液体流量计、气泵、第二调节阀、气体流量计、卸压阀、排水阀、亚克力板、不锈钢毛细管阵列、三层不锈钢滤网、快关阀、差压计、排水阀、疏水管道和水箱。本实用新型所述装置可以验证探针测量的空泡份额和空泡速度，用于此类探测器标定与探测器几何参数优化设计，为探针测量两相流空泡份额提供实验数据支持。
Description
技术领域
本实用新型属于多相流动测试技术领域，特别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
在对流体的研究中，描述单相流体流动的最基本参数为速度、质量流量、密度、压力等。而对于经常出现的两相流体(对于气液两相低温流体)如液氮、液氢和液氦等，仅依靠压力和温度等参数难以确定其热力学状态，还需要知道两相流中的气态份额，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，即：
α＝Ug/(Ug+Uf)
式中:Ug、Uf分别为气相、液相的截面积,二者之和为总流通面积。
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变化如相位差、频率、电容来测量空泡率，分别为微波法、射频法、电容法。
成熟的传统单相流参数检测技术与测量仪表应用于两相流检测是受到普遍重视的一个重要研究方向，近些年发展起来的软测量等技术也是基于成熟的直接测量而发展的。目前，对两相流相含率的测量有很多研究方法，如快关阀门法、电容层析成像法、高速摄像技术、射线衰减法、微波法和电导法等。快关阀门法是测量含气率的经典方法，这种方法准确有效、重复性好，在气液两相流系统中应用较多，缺点是不能实现在线实时测量。层析成像法是一种新型的工业过程检测技术，利用气液两相不同的介电常数和含量，得到不同等价介电常数，将测量得到的信息进行图像重建来测得各相含量，缺点是系统的实时性、测量精度和图像质量比较差，工业应用有一定局限。高速摄像技术具有分辨率高、信息量采集大、不干扰流体的优势，测量结果经过计算机处理用图相和形式表现出来，但是高速摄像法成本高，测量范围小，限制了高速摄像法的应用范围。γ射线衰减法是一种新型的工业过程检测技术，根据康普顿散射理论以非接触的形式测量气液两相流中的含气率等参数，这种方法具有不干扰、测量精度较高、稳定性好的特点，缺点是存在射线辐射、造价高、使用和维修困难。微波法应用于气液两相流检测中，主要基于不用相态对微波能量吸收级别不同，具有非侵入性，但微波传感器不太适用于复杂环境，且造价高。电导法是基于不同物质有不同电导率的特性，当气液两相流流经电导探针时，根据两相不同比例呈现出的电导率，可以确定各相含量，其 对已知流型测量效果较好。
实用新型内容
本实用新型提供了一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架，具体技术方案如下：
一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架，包括水平管路和竖直管路，第一水平管路包括水泵1、第一调节阀2、液体流量计3，第二水平管路包括气泵4、第二调节阀5、气体流量计6、卸压阀7、第一排水阀8、亚克力板9、不锈钢毛细管阵列10和三层不锈钢滤网11；竖直管路包括第二排水阀12、第二快关阀14、第三快关阀15、疏水管道16和水箱17；
其中，水泵1、第一调节阀2、液体流量计3依次相连，气泵4、第二调节阀5、气体流量计6、泄压阀7、第一排水阀8、第二排水阀12、第二快关阀14、第三快关阀15、水箱17依次相连；亚克力板9位于第一排水阀8和不锈钢毛细管阵列10之间，垂直于水平管路的管壁，且在第一水平管路与第二水平管路汇合处的前端；三层不锈钢滤网11垂直于水平管路的管壁，且在第一水平管路与第二水平管路汇合处的后端；不锈钢毛细管阵列10平行于水平管路的管壁；所述水箱17上设置有疏水管道16。
进一步地，在亚克力板9和第二排水阀12之间设置有第二差压计19，第二快关阀14和第三快关阀15之间设置有第一差压计18。
进一步地，在第二排水阀12和第二快关阀14之间还存在一个旁路管道，并在旁路管道上设置有第一快关阀13。
本实用新型所述的标定实验台架进行空泡份额测定的方法为：
(1)连接并检查实验装置，确定各个阀门和管道接口处于良好状态。
(2)启动气泵4，逐渐打开第二调节阀5，向储气箱供气。
(3)供气一段时间后，打开水泵1和第一调节阀2，向实验装置内充水。
(4)分别通过气体流量计6和液体流量计3调节空气流量和水流量，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；
可以有以下三种方法：
(4-1)采用快关阀门法：在气泡分布情况和流型稳定情况下，瞬间开启第一快关阀13，关闭第二快关阀14和第三快关阀15，测量气液体积，算出空泡份额；
具体为：三个快关阀电动控制，可以瞬间开启或关闭。第一快关阀13开启，第二快关阀14和第三快关阀15关闭时，旁路管道开启，水从第一快关阀13流出；第一快关阀13关闭，第二快关阀14和第三快关阀15开启时，水向上流动，从疏水管道16流出。实验过程中，当 水和气泡分布情况良好时，关闭第一快关阀13，开启第二快关阀14和第三快关阀15，待水面稳定后，测量空气和水的体积，从而计算出空泡份额。
或(4-2)采用差压法：在气泡分布情况和流型稳定情况下，通过第二差压计19和第一差压计18分别记录水平管段和竖直管段的差压计示数，算出空泡份额；
具体为：差压计可以测量两端之间的压差，水平段和竖直段各安装一个差压计。水平段差压计两端的测量点的差压主要由水流的摩擦压降产生，在流动过程中近似不变，代替竖直段的摩擦压降。竖直段差压计两端的测量点的差压由摩擦压降和重力压降组成。管路内气液两相流的截面含气率与截面的平均密度是相对的，对于垂直管内的气液两相流，测得重位压降就能求得管段内流体的平均密度，进而可以算出此管段的平均截面含气率。
或(4-3)采用高速摄像法：在气泡分布情况和流型稳定情况下，在测量区域拍摄气泡分布情况，软件后期处理，算出空泡份额和气泡速度；
具体为：测量区域即为高速摄像机拍摄区域，使用高速摄像机拍摄气泡上升和探针刺破气泡的清晰图像，实验结束后利用软件分析即可得出气泡速度和气泡的空泡份额。
(5)实验数据采集完成后，排出水箱17内的水，关闭气泵4。
本实用新型的原理为：
向实验台架中先后通入水和空气，通过阀门控制气体和水流量的大小，模拟气液两相流。空气通过毛细管阵列进入水平管路，当管路中有水时，即形成气泡。探针测量空泡份额和气泡速度。差压法和快关阀门法验证探针测量的空泡份额结果，高速摄像法验证探针测量的气泡速度。
本实用新型的有益效果为：空泡份额的准确测量对两相流的研究具有重要的意义，本实用新型所述装置可以验证探针测量的空泡份额和空泡速度，用于此类探测器标定与探测器几何参数优化设计，为探针测量两相流空泡份额提供实验数据支持。
附图说明
图1为本实用新型所述的标定实验台架示意图；
图中各编号的具体含义为：1-水泵，2-第一调节阀，3-液体流量计，4-气泵，5-第二调节阀，6-气体流量计，7-卸压阀，8-第一排水阀，9-亚克力板，10-不锈钢毛细管阵列，11-三层不锈钢滤网，12-第二排水阀，13-第一快关阀，14-第二快关阀，15-第三快关阀，16-疏水管道，17-水箱，18-第一差压计，19-第二差压计。
具体实施方式
本实用新型提供的一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架如图1所示，包括水 平管路和竖直管路，第一水平管路包括水泵1、第一调节阀2、液体流量计3，第二水平管路包括气泵4、第二调节阀5、气体流量计6、卸压阀7、第一排水阀8、亚克力板9、不锈钢毛细管阵列10和三层不锈钢滤网11；竖直管路包括第二排水阀12、第二快关阀14、第三快关阀15、疏水管道16和水箱17；
其中，水泵1、第一调节阀2、液体流量计3依次相连，气泵4、第二调节阀5、气体流量计6、泄压阀7、第一排水阀8、第二排水阀12、第二快关阀14、第三快关阀15、水箱17依次相连；亚克力板9位于第一排水阀8和不锈钢毛细管阵列10之间，垂直于水平管路的管壁，且在第一水平管路与第二水平管路汇合处的前端；三层不锈钢滤网11垂直于水平管路的管壁，且在第一水平管路与第二水平管路汇合处的后端；不锈钢毛细管阵列10平行于水平管路的管壁；所述水箱17上设置有疏水管道16；在亚克力板9和第二排水阀12之间设置有第二差压计19，第二快关阀14和第三快关阀15之间设置有第一差压计18；在第二排水阀12和第二快关阀14之间还存在一个旁路管道，并在旁路管道上设置有第一快关阀13。
本实用新型所述的标定实验台架进行空泡份额测定的方法为：
(1)连接并检查实验装置，确定各个阀门和管道接口处于良好状态。
(2)启动气泵4，逐渐打开第二调节阀5，向储气箱供气。
(3)供气一段时间后，打开水泵1和第一调节阀2，向实验装置内充水。
(4)分别通过气体流量计6和液体流量计3调节空气流量和水流量，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；
可以有以下三种方法：
(4-1)采用快关阀门法：在气泡分布情况和流型稳定情况下，瞬间开启第一快关阀13，关闭第二快关阀14和第三快关阀15，测量气液体积，算出空泡份额；
具体为：三个快关阀电动控制，可以瞬间开启或关闭。第一快关阀13开启，第二快关阀14和第三快关阀15关闭时，旁路管道开启，水从第一快关阀13流出；第一快关阀13关闭，第二快关阀14和第三快关阀15开启时，水向上流动，从疏水管道16流出。实验过程中，当水和气泡分布情况良好时，关闭第一快关阀13，开启第二快关阀14和第三快关阀15，待水面稳定后，测量空气和水的体积，从而计算出空泡份额。
或(4-2)采用差压法：在气泡分布情况和流型稳定情况下，通过第二差压计19和第一差压计18分别记录水平管段和竖直管段的差压计示数，算出空泡份额；
具体为：差压计可以测量两端之间的压差，水平段和竖直段各安装一个差压计。水平段差压计两端的测量点的差压主要由水流的摩擦压降产生，在流动过程中近似不变，代替竖直 段的摩擦压降。竖直段差压计两端的测量点的差压由摩擦压降和重力压降组成。管路内气液两相流的截面含气率与截面的平均密度是相对的，对于垂直管内的气液两相流，测得重位压降就能求得管段内流体的平均密度，进而可以算出此管段的平均截面含气率。
或(4-3)采用高速摄像法：在气泡分布情况和流型稳定情况下，在测量区域拍摄气泡分布情况，软件后期处理，算出空泡份额和气泡速度；
具体为：测量区域即为高速摄像机拍摄区域，使用高速摄像机拍摄气泡上升和探针刺破气泡的清晰图像，实验结束后利用软件分析即可得出气泡速度和气泡的空泡份额。
(5)实验数据采集完成后，排出水箱17内的水，关闭气泵4。
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利要求的保护范围为准。
Claims (3)
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，包括水平管路和竖直管路，第一水平管路包括水泵(1)、第一调节阀(2)、液体流量计(3)，第二水平管路包括气泵(4)、第二调节阀(5)、气体流量计(6)、卸压阀(7)、第一排水阀(8)、亚克力板(9)、不锈钢毛细管阵列(10)和三层不锈钢滤网(11)；竖直管路包括第二排水阀(12)、第二快关阀(14)、第三快关阀(15)、疏水管道(16)和水箱(17)；
其中，水泵(1)、第一调节阀(2)、液体流量计(3)依次相连，气泵(4)、第二调节阀(5)、气体流量计(6)、泄压阀(7)、第一排水阀(8)、第二排水阀(12)、第二快关阀(14)、第三快关阀(15)、水箱(17)依次相连；亚克力板(9)位于第一排水阀(8)和不锈钢毛细管阵列(10)之间，垂直于水平管路的管壁，且在第一水平管路与第二水平管路汇合处的前端；三层不锈钢滤网(11)垂直于水平管路的管壁，且在第一水平管路与第二水平管路汇合处的后端；不锈钢毛细管阵列(10)平行于水平管路的管壁；所述水箱(17)上设置有疏水管道(16)。
2.根据权利要求1所述的标定实验台架，其特征在于，在亚克力板(9)和第二排水阀(12)之间设置有第二差压计(19)，第二快关阀(14)和第三快关阀(15)之间设置有第一差压计(18)。
3.根据权利要求1所述的标定实验台架，其特征在于，在第二排水阀(12)和第二快关阀(14)之间还存在一个旁路管道，并在旁路管道上设置有第一快关阀(13)。
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