DE4333624A1 - Verfahren und Anordnung zum Bestimmen der Strömungsform einer Zweiphasenströmung - Google Patents
Verfahren und Anordnung zum Bestimmen der Strömungsform einer ZweiphasenströmungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Strömungsform einer
Zweiphasenströmung in Strömungskanälen beliebigen Materials bei sehr hohen Drucken und
Temperaturen.
Zweiphasenströmungen (flüssig/gasförmig) treten in zahlreichen Industrieanlagen auf. In
derartigen Strömungen sind die Druckverluste, Wärmeübergangskoeffizienten und die
Systemstabilität entscheidend von der Strömungsform abhängig. Die geringe Anzahl von
veröffentlichten experimentellen Daten über Strömungsformen nicht-adiabater
Zweiphasenströmungen sind u. a. auf die nicht ausreichende Meßtechnik für die
Strömungsformbestimmung in beheizten Metallrohren zurückzuführen. Es besteht ein Bedarf
für derartige Meßsysteme in Forschungs- und Industrieanlagen, insbesondere für die simultane
Strömungsformbestimmung in verschiedenen Querschnitten entlang der Strömung.
Es sind bereits eine Anzahl von Verfahren zur Strömungsformbestimmung bekannt. Optisch
durchsichtige Wände zur visuellen Bestimmung der Strömungsform sind mit dem Nachteil
behaftet, daß Glaswände andere Benetzungs- und Wärmeleiteigenschaften haben als die in
Industrieanlagen in der Regel eingesetzten Metallrohre und in Glasrohren bestimmte
Strömungsformen nicht auf Metallrohre übertragbar sind. Eine Gruppe von Meßverfahren
verwendet lokale Sonden, die in den Strömungskanal gebracht werden und für einen Punkt des
Strömungskanalquerschnittes die Information liefern, ob sich Flüssigkeit oder Dampf an der
Sonde befindet und daraus die Strömungsform bestimmen. Bekannt sind u. a. Sonden, die auf
die Änderung der DK der Zweiphasenströmung reagieren (DE 25 58 588 C3), Faseroptische
Sensoren (H. Abuaf, u. a.: Optical probe for the local void fraction and interface velocity
measurements, Rev. Sci. Instrum. 49(8), Aug. 1978, S. 1090) und Hitzdrahtanemometer (F.
Bonetto, u. a.; Two-phase flow in the localized boiling field adjacent to a heated wall, Int. J.
Heat Mass Transfer, Vol. 00 No. 00, 1992). Bei horizontalen und zu Horizontalen geneigten
Strömungen ist durch den Schwerkrafteinfluß die Dampfphase nicht gleichmäßig im
Strömungsquerschnitt verteilt. Da die Sonden nur an einem Punkt des Querschnitts messen,
können diese Verfahren in horizontalen und geneigten Strömungen nicht zuverlässig die
Strömungsform bestimmen. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß durch die in den
Strömungskanal ragende Sonde die Strömung gestört wird. Ein weiteres Verfahren zur
Strömungsformbestimmung ist die Gammastrahlenschwächungstechnik (Two-Phase Flow
Measurements: Principles, Designs and Applications, Instrument Society of America, Research
Triangle Park, NC 27709, USA). Hierbei wird die Absorption von mehreren den
Strömungskanal durchdringenden Gammastrahlen in der flüssigen und in der gasförmigen
Phase gemessen und durch eine Signalweiterverarbeitung die Strömungsform bestimmt.
Nachteilig hier sind die hohen Kosten und der Aufwand für die Sicherheitseinrichtungen zur
Abschirmung der Gammastrahlen. Weiterhin sind aufwendige Signalverarbeitungstechniken zur
Strömungsformbestimmung nötig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, die
Strömungsform adiabater und nicht-adiabater, stationärer und instationärer
Zweiphasenströmungen in Strömungskanälen beliebigen Materials bei sehr hohen Drucken und
Temperaturen bei möglichst geringer Störung der Strömung kontinuierlich und eindeutig zu
bestimmen. Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 bis 7 angegeben. Eine weitere
Aufgabe besteht darin, das Verfahren so zu gestalten, daß es auch in kurzen Abständen an
mehreren Querschnitten in Strömungsrichtung angebracht werden kann, um Ausbreitungen,
Wechselwirkungen und Überlagerungen der Strömungsformen und Geschwindigkeiten der
Einzelphasen bestimmen zu können. Die Lösung dieser Aufgabe ist insbesondere in Anspruch 3
angegeben.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit nur minimalem
Eingriff in bestehende Anlagen und einer zu vernachlässigenden Störung der Strömung die
Strömungsform an verschiedenen Querschnitten entlang des Strömungsweges simultan
bestimmt werden kann. Die Strömungsform kann durch eine direkte Signalanalyse ohne
aufwendige Frequenzanalysen oder statistischen Funktionen bestimmt werden, was die
Auswertung von Meßdaten erheblich vereinfacht. Durch die Kombination von Lichtwellenleiter
und Kugellinsen wird eine sehr kompakte Bauform erreicht, so daß in die meist vorhandenen
Wärmeisolierungen und Schutzmäntel nur Bohrungen für das den Lichtwellenleiter umgebende
Hüllrohr angebracht werden müssen. In einer Ausführungsform, bei der die Kugellinsen in
Einschraubzapfen eingebaut werden, kann die Anordnung extern montiert und dann komplett in
die Strömungskanalwand eingeschraubt werden. Durch die Lichtwellenleiter werden die
temperaturempfindlichen Strahlungsquellen, Strahlungssensoren und elektrischen Anschlüsse
so weit vom heißen Strömungskanal entfernt angebracht, daß eine lange Lebensdauer
gewährleistet ist. Weiterhin können Wartungen und Justierungen an den Strahlungsquellen und
Strahlungssensoren durchgeführt werden, ohne die Wärmeisolierung zu entfernen. Mehrere
Meßeinrichtungen können in Abständen von nur einem Rohrinnendurchmesser in
Strömungsrichtung angebracht werden. Auf den Einsatz teurer Laser, die Licht im
nahinfraroten Bereich emittieren, kann verzichtet werden, da durch die Anordnung der speziell
ausgebildeten Glasstäbe und der Kugellinsen auch bei Verwendung divergent abstrahlender
Strahlungsquellen im Strömungskanal ausreichende Strahlungsdichten erzielt werden. Laser
hätten weiterhin den Nachteil, daß sie kohärentes Licht emittieren, was in Abhängigkeit der
Polarisationsebene des Lichtes von der Lage der Tangentialebene der durchstrahlten
Phasengrenzfläche zu verschiedenen Streuungseffekten führen würde. Im Vergleich zur
Gammastrahlenschwächungstechnik, die bis zu sechs Kanäle zur Bestimmung der
Strömungsform benötigt (R. Löffel: Two-Phase Measurements Using a 6-Beam-Gamma-
Densitometer, Int. Conf. on Ind. Applic. of Radioisotopes and Radiation Technology,
Grenoble, Frankreich 28.9-2.10.1981), werden in dem dieser Erfindung zugrundeliegenden
Verfahren nur zwei Kanäle zur Strömungsformbestimmung benötigt, da über den
Absorptionseffekt hinaus der Streuungseffekt zur Bestimmung der Strömungsform
herangezogen wird. Insbesondere im Hinblick auf die simultane Strömungsformbestimmung in
mehreren Querschnitten entlang der Strömung ist eine geringe Kanalanzahl wünschenswert, da
kleinere Datenspeicher, kostengünstigere Meßwerterfassungs- und Datenverarbeitungsanlagen
verwendet werden können.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch den Meßquerschnitt einer horizontalen Wasser-
Dampf-Rohrströmung mit einem horizontalen und einem vertikalen Lichtstrahl,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Einschraubzapfen mit Kugellinse und Glasstab,
Fig. 3 eine Ansicht eines Glasstabes,
Fig. 4 ein Diagramm zur Bestimmung der optimalen Glasstabgeometrie,
Fig. 5 bis Fig. 10 Meßsignale verschiedener Strömungsformen,
Fig. 11 Meßsignal einer überlagerten Strömungsform.
Durch das Rohr 1 fließt senkrecht zur Zeichnungsebene ein Gemisch aus flüssigem Wasser 2
und Dampf 3, hier exemplarisch dargestellt durch Dampfblasen (Fig. 1). Infrarotlicht aus einer
Strahlungsquelle 4 wird in ein Glasstab 5 eingekoppelt, in dessen optischer Achse sich eine in
die Strömungskanalwand eingebaute Glas-Kugellinse 6 befindet. Das aus dem Glasstab
austretende Licht wird durch die Kugellinse 6 kollimiert und tritt durch die
Zweiphasenströmung auf die Kugellinse 7, die sich auf der gegenüberliegenden Seite des
Strömungskanals befindet. Das durch die Kugellinse 7 austretende Licht trifft auf den
zylindrischen Lichtwellenleiter 8 und tritt nach Austritt aus dem Lichtwellenleiter auf einen
Strahlungssensor 9. Die gleiche Vorrichtung ist in horizontaler Position angebracht, so daß ein
vertikaler 10 und ein horizontaler Strahl 11 entstehen. In komplizierten
Strömungskanalgeometrien oder sehr großen Rohrquerschnitten können zusätzlich zu den
beiden Strahlengängen in einem Querschnitt weitere Strahlen angebracht werden, um aus der
Kombination aller Signale die Vorgänge im Strömungskanal zu beurteilen. In der Regel sind
jedoch zwei Strahlengänge ausreichend.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer in die Strömungsrohrwand eingebauten Kugellinse als
Einschraubzapfen 12. Die Kugellinsenanordnung hat eine mechanische und gleichzeitig eine
optische Funktion. Die Festigkeit für Druckspannungen von Glas nimmt mindestens zehnmal
höhere Werte an als die Festigkeit für Zugspannungen. Um eine Festigkeit und Dichtigkeit für
hohe Drücke im Strömungskanal zu gewährleisten, wird die Kugellinse 6 zur Minimierung von
Zugspannungen in einen sphärischen Sitz 13 eingebaut und mit einem Kleb- und Dichtmittel
befestigt. Bei Temperaturen über 200°C nimmt die Zugfestigkeit von Glas bis zur
Transformationstemperatur zu, so daß bis zur Transformationstemperatur des Glaswerkstoffes
auch eine Temperaturfestigkeit gewährleistet ist. Der Einschraubzapfen wird durch ein
Gewinde 14 in die Strömungskanalwand 1 eingebaut und durch einen Dichtring 15
abgedichtet. Ein Lichtwellenleiter 5, der hier als Glasstab mit kegelstumpfförmigem Ende
ausgebildet ist, wird mittig in eine Bohrung 16 gebracht. Das aus der Stirnfläche des
Lichtwellenleiters divergent ab strahlende Licht wird durch die Kugellinse kollimiert und in den
Strömungskanal gebracht. Bei niedrigen Systemdrucken kann in einer Abwandlung der
beschriebenen Ausführungsform eine Plan- oder Bikonvexlinse mit kleinem f/d-Verhältnis
verwendet werden, die bessere optische Eigenschaften hat, insbesondere eine geringe
sphärische Aberration.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Glasstabes (5) mit dem Brechungsindex nGlas. Er ist
auf der Lichtquellenseite zylindrisch mit dem Durchmesser Da und in Richtung der Kugellinse
kegelstumpfförmig mit dem Enddurchmesser von De ausgebildet und ist von Luft umgeben, so
daß für den Lichtwellenleiter eine hohe numerische Apertur entsteht. Das Licht einer divergent
strahlenden Fläche läßt sich durch eine Sammellinse um so mehr kollimieren, je kleiner die
strahlende Fläche ist. Dies spricht für einen kleinen Lichtwellenleiterdurchmesser. Die
Strahlungsleistung, die in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt werden kann, steigt jedoch mit
größerem Lichtwellenleiterdurchmesser. Aus diesem Grund wird das Licht einer divergenten
Strahlungsquelle in einen Glasstab mit großem Durchmesser eingekoppelt, der sich am anderen
Ende zu einem kleinen Durchmesser verjüngt. In einem Glasstab, der von Luft umgeben ist,
werden Strahlen, die im Winkel η zum Lot an die Grenzfläche Glas-Luft gelangen bis zum
Grenzwinkel sind ηT = 1/nGlas totalreflektiert. η ist im zylinderförmigen Teil des Stabes für jede
Reflexion gleich. Im kegelstumpfförmigen Teil wird 77 mit jeder Reflexion um 2δ verkleinert:
ηn= ηn-1 - 2δ (δ=Winkel des Kegelstumpfmantels mit der optischen Achse). Bei ηn<ηT
würde der Strahl aus dem Kegelmantel austreten. Die Kegelstumpfform wird so ausgebildet,
daß die Strahlen, die zwecks Kollimation zur Kugellinse gelangen sollen, nicht aus der
Mantelfläche sondern aus der Stirnfläche des Kegelstumpfes austreten. Der Winkel dieser
Strahlen nach Austritt aus der Kegelstumpfstirnfläche γ zur optischen Achse wird bestimmt
durch die numerische Apertur der Kugellinse mit sphärischem sitz, der als Blende wirkt. Durch
Anpassung der Glasstabgeometrie an die Strahlungscharakteristik der Lichtquelle und an die
Einkopplungsverhältnisse der Lichtquelle in den Glasstab kann eine im Vergleich zu
zylindrischen Lichtwellenleitern mit einem Durchmesser von De höhere Strahlungsleistung am
Glasstabende erreicht werden. Der in Fig. 3 eingezeichnete Lichtstrahl schneidet die optische
Achse beim Eintritt in den Kegelstumpf (Fall A). Für andere Strahlenverläufe tritt im
günstigsten Fall die letzte Reflexion im zylinderförmigen Teil kurz vor dem Eintritt in den
kegelstumpfförmigen Teil auf (Fall B). Im ungünstigsten Fall tritt die erste Reflexion im
Kegelstumpf kurz hinter dem Eintritt in den kegelstumpfförmigen Teil auf (Fall C). Aus Fig. 4
kann für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 (α=25°, γ=42°, Da=1.0 mm) die
Kegelstumpflänge Le, bestimmt werden, die der Kegelstumpf bei jeweiligem Enddurchmesser
De mindestens haben muß, damit für die Fälle A, B und C alle Strahlen mit Einstrahlwinkeln α
von 0° bis 25° mit Abstrahlwinkeln γ von 0° bis 42° aus der Stirnfläche des Kegelstumpfes
austreten. Für eine Strahlungsquelle mit α25° kann in diesem Ausführungsbeispiel die
gesamte Strahlungsleistung, die auf die Stirnfläche des Zylinders fällt, zur kleineren Stirnfläche
des Kegelstumpfes übertragen werden (abgesehen von Absorption und Streuung bei der
Transmission durch Glas). Dies entspricht einer Konzentration der Strahlungsleistung pro
Fläche, bei der der Abstrahlwinkel im Vergleich zum Einstrahlwinkel vergrößert wird. Da der
Abstrahlwinkel auf die Kugellinsenanordnung angepaßt wurde, wird mit der beschriebenen
Anordnung eine im Vergleich zu zylindrischen Lichtwellenleitern bessere Kollimation und
somit eine höhere Strahlungsdichte im Strömungskanal erreicht. Zur Vereinfachung können in
kleinen Strömungskanälen, in denen kleinere Strahlungsdichten ausreichend sind, zylindrische
Lichtwellenleiter verwendet werden.
Die elektrische Signale der Strahlungssensoren sind zur Intensität des auftreffenden Lichtes
proportional und werden in Abhängigkeit von der Zeit kontinuierlich aufgezeichnet. Beim
Durchtritt des Lichtstrahls durch die flüssige und die dampfförmige Phase treten zwei
physikalische Effekt auf, die den Signalverlauf bestimmen. Durch den Absorptionseffekt wird
die Wellenlänge des Lichtes in der Weise ausgewählt, daß die Lichtintensität nach
Durchdringung des Strömungskanals, der vollständig mit der flüssigen Phase gefüllt ist,
zwischen 50% und 90% der Lichtintensität beträgt, die ein Lichtstrahl nach Durchdringung des
Strömungskanals besitzt, der vollständig mit der gasförmigen Phase gefüllt ist. Für die in
diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Wasser-Dampf-Strömung erfüllt der
Wellenlängenbereich zwischen 880 nm und 1350 nm die o.g. Bedingung. Die zu wählende
Wellenlänge hängt von der durchstrahlten Weglänge im Strömungskanal ab und beträgt für die
hier wiedergegebenen Messungen 950 nm. Da das Licht in der flüssigen Phase eine wesentlich
größere Absorption erfährt als in der gasförmigen Phase, liefert der Absorptionseffekt
Informationen über die Anteile von durchstrahlter flüssiger Phase und durchstrahlter
gasförmiger Phase. Der von der flüssigen Phase auf die Phasengrenzschicht der dampfförmigen
Phase treffende Lichtstrahl wird gestreut, da er auf ein Medium mit kleinerem Brechungsindex
trifft. Der Streuungseffekt liefert Informationen über die Oberflächenstruktur der
durchstrahlten Phasengrenzflächen. In Dampfblasen erfährt das Licht Absorption und
Streuung. Ihr Anteil ist abhängig vom Verhältnis Blasendurchmesser/Rohrdurchmesser.
Kleinen Dampfblasen, die vollständig von Wasser umgeben sind, bewirken vorwiegend eine
Streuung des Lichtstrahls. Große Dampfblasen bewirken vorwiegend eine geringere
Absorption des Lichtes. Anders sind die Verhältnisse, wenn eine Dampfblase an der Rohrwand
entlang strömt. Trifft das Licht ausgehend von der Kugellinse zuerst durch die Dampfphase
und dann durch die flüssige Phase, so wird das Licht weniger gestreut, da es nur durch eine
Phasengrenzschicht tritt. Hier ist der Absorptionseffekt ausschlaggebend. Es kann also
zwischen Dampfblasen unterschieden werden, die an der Strömungskanalwand entlang strömen
und solchen, die im Kanal ohne Benetzung der Wand strömen. Dies ist insbesondere von
Bedeutung für horizontale und zur Horizontalen geneigten Strömungen. Aus diesem Grund
werden die Kugellinsen so angebracht, daß sie leicht in den Strömungskanal ragen.
Im folgenden wird nun anhand einiger Beispiele gezeigt, wie aus der Kombination beider
gemessener physikalischer Effekte durch eine Signalinterpretation die Strömungsform
bestimmt wird. Fig. 5 bis Fig. 11 zeigen Meßsignale von Messungen einer Wasser-Dampf
strömung in einem horizontalen Metallrohr mit Wärmezufuhr. Aufgetragen ist jeweils die
Intensität des Lichtes über der Zeit. Entsprechend Fig. 1 wird das Signal des horizontalen
Strahlenganges mit "H" indiziert und das Signal des vertikalen Strahlenganges mit "V". Bei der
Einphasenströmung (Fig. 5) handelt es sich um eine reine Flüssigkeitsströmung, bei der es in
gleicher Weise für den horizontalen wie für den vertikalen Strahlengang zu hoher Absorption
kommt. Aus diesem Grund sind beide Signale auf einem konstanten niedrigen Niveau. Fig. 6
zeigt den Signalverlauf bei einer Blasenströmung. Die kleinen Dampfblasen strömen
vorwiegend im oberen Teil des Rohres und benetzen dabei die obere Rohrwand. Ein Vergleich
mit dem Signalverlauf bei der Einphasenströmung zeigt lokale Intensitätszunahmen des
vertikalen Strahlenganges aufgrund der geringeren Absorption des Lichtes in der Dampfphase,
wenn die Kugellinse von einer Dampfblase benetzt wird. Der Vergleich des horizontalen
Signals mit der Einphasenströmung zeigt lokale Intensitätsabnahmen aufgrund von
Streuungseffekten, wenn kleine Dampfblasen den Strahlengang durchqueren, ohne die
Kugellinse zu benetzen. Fig. 7 zeigt den Signalverlauf bei einer Pfropfenströmung. Analog zu
den Aussagen beim vertikalen Signal der Blasenströmung kommt es beim V-Signal zu
Intensitätszunahmen, wenn ein Dampfpfropfen an der Kugellinse vorbeiströmt. Aus der Breite
und Höhe des Signals können Rückschlüsse auf die Pfropfenlänge und -höhe gezogen werden.
Das H-Signal zeigt zeitgleich mit dem V-Signal eine leichte Intensitätszunahme. Aus dem
Signalverlauf kann geschlossen werden, daß die Pfropfen sich von der oberen Rohrwand bis
über die Mitte des Rohres hinaus erstrecken. Fig. 8 zeigt die Verhältnisse bei einer
Schichtenströmung. Das H-Signal ist identisch zur Einphasenströmung, da sich die
Phasengrenzfläche oberhalb der Rohrmitte befindet. Das V-Signal zeigt einen nahezu
konstanten Verlauf. Im oberen Teil des Rohres befindet sich eine Dampfschicht, die eine
geringe Absorption und somit eine hohe Intensität bewirkt. Die geringen Schwankungen des
V-Signals werden durch kleine Wellen und den dadurch hervorgerufenen Streuungen
verursacht. In einer Wellenströmung (Fig. 9) befindet sich nach wie vor eine Dampfschicht im
oberen Teil des Rohres. Es ist zu sehen, daß der mittlere Signalwert des vertikalen
Strahlenganges deutlich über dem Wert von flüssigem Wasser liegt (vergleiche
Schichtenströmung). Durch Wellen auf der Flüssigkeitsoberfläche wird das Licht gestreut.
Auch das H-Signal zeigt leichte Schwankungen. Dieser Effekt ist durch die konkave Form der
Phasengrenzfläche in einem Querschnitt senkrecht zur Rohrachse durch Benetzung und durch
die auf der Flüssigkeitsoberfläche vorhandenen Wellen und die dadurch verursachten Streuung
zu erklären. Fig. 10 zeigt den Signalverlauf bei einer Schwallströmung. Die Wellen werden bei
dieser Strömungsform so hoch, daß sie die obere Rohrwand beruhen. Die obere Kugellinse
wird dann benetzt, was eine höhere Absorption zur Folge hat. Die Schwankungsbreite des
Signals ist wegen der abwechselnden Benetzung und Nichtbenetzung sehr hoch. Für das H-
Signal gelten die für die Wellenströmung gemachten Aussagen. Aus dem Signalverlauf ist
weiterhin eine überlagerte periodisch schwankende Füllstandsänderung des Wassers zu
erkennen. In Fig. 11 ist der Signalverlauf einer überlagerten Strömungsform zu sehen. Es zeigt
die horizontalen und die vertikalen Signale für drei in Strömungsrichtung hintereinander
liegende Querschnitte, die mit 1, 2 und 3 bezeichnet wurden. Als Grundströmungsform ist hier
eine Wellenströmung vorhanden, die periodisch mit einer Schwallströmung überlagert ist. Ein
Schwall bewirkt eine starken Intensitätsabnahme des vertikalen und des horizontalen Signals,
wenn er den entsprechenden Querschnitt durchquert. In Fig. 11 ist zu sehen, daß zeitlich
nacheinander die Signale 1V, 2V und 3V Intensitätsabnahmen zeigen, die sich periodisch
wiederholen. Die horizontalen Signale korrespondieren mit den vertikalen Signalen und
reagieren auf Flüssigkeitsstandsänderungen und die Oberflächenstruktur des Wassers. Die
Geschwindigkeit der Schwallausbreitung kann aus den Signalen bestimmt werden.
Claims (7)
1. Verfahren zum Bestimmen der Strömungsform einer Zweiphasenströmung in
Strömungskanälen mit beliebigem Wandmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die Zweiphasenströmung von zwei sich im Strömungskanal kreuzenden Lichtstrahlen durchdrungen wird, wobei die Wellenlänge des Lichtes so auf das Absorptionsverhalten des Stoffes angepaßt wird, daß die Lichtintensität nach Durchdringung des Strömungskanals, der vollständig mit der flüssigen Phase gefüllt ist, zwischen 50% und 90% der Lichtintensität beträgt, die ein Lichtstrahl nach Durchdringung der selben Wegstrecke im Strömungskanal besitzt, der vollständig mit der gasförmigen Phase gefüllt ist,
- b) die Lichtstrahlen nach Verlassen des Strömungskanals Strahlungssensoren zugeführt werden, die zur Lichtintensität proportionale elektrische Signale erzeugen, die durch Aufzeichnung in Abhängigkeit von der Zeit gleichzeitig die Absorption des Lichtes in der flüssigen und dampfförmigen Phase und die Streuung des Lichtes an den Phasengrenzflächen bestimmen,
- c) durch die Lichtabsorption Informationen über die durchstrahlte Weglänge in der flüssigen Phase und der dampfförmigen Phase gewonnen werden und durch die Lichtstreuung Informationen über die Oberflächenstruktur der durchstrahlten Phasengrenzflächen gewonnen werden und aus der Kombination beider gemessener physikalischer Effekte durch eine Signalinterpretation die Strömungsform bestimmt wird,
- d) ein Strahl horizontal und ein Strahl senkrecht zum horizontalen Strahl und senkrecht zur Strömungsrichtung angebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Wasser-Dampf-
Zweiphasenströmungen in Abhängigkeit der durchstrahlten Weglänge im Strömungskanal
Infrarotlicht mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 880 nm und 1350 nm verwendet
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die Anordnung so an mehreren Querschnitten in Strömungsrichtung hintereinander angebracht wird, daß die Strahlen in den verschiedenen Querschnittsebenen jeweils parallel zueinander verlaufen,
- b) durch ein Vergleich der Signalverläufe der verschiedenen Querschnitte Ausbreitungen von Strömungsformen bestimmt werden,
- c) durch Anwendung der Kreuzkorrelationsfunktion auf zwei parallele Strahlen die Laufzeit einer Phase ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Strömungsquerschnitt
zusätzlich zu den zwei sich senkrecht kreuzenden Strahlen weitere Strahlen angebracht
werden.
5. Anordnung zum Ein- und Auskoppeln von Licht in Strömungskanäle oder Behälter,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) Glas-Kugellinsen in die Strömungskanalwände bzw. Behälterwände in sphärische Sitze eingebaut werden, die eine Kollimation von divergentem Licht einer Strahlungsquelle und gleichzeitig eine Dichtung für sehr hohe Drucke und Temperaturen bewirken
- b) das Licht zur Einkopplung durch einen Glasstab von der Lichtquelle zur Kugellinse gebracht wird, der auf der Lichtquellenseite zylindrisch und in Richtung der Kugellinse kegelstumpfförmig ausgebildet ist und zur Auskopplung von der Kugellinse durch einen zylindrischen Lichtwellenleiter einem Strahlungssensor zugeführt wird,
- c) die Kugellinsen so angebracht sind, daß sie zu 1/6 bis 1/2 ihres Kugeldurchmessers in den Strömungskanal bzw. Behälter ragen,
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei kleinen Weglängen des
Lichtes im Strömungskanal, bei denen kleinere Strahlungsdichten ausreichend sind, das
Licht zur Einkopplung durch einen zylindrischen Lichtwellenleiter von der Lichtquelle zur
Kugellinse gebracht wird.
7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei niedrigen Systemdrucken
Plan- oder Bikonvexlinsen statt der Kugellinsen verwendet werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4333624A DE4333624C2 (de) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | Anordnung zum Bestimmen der Strömungsform einer Zweiphasenströmung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4333624A DE4333624C2 (de) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | Anordnung zum Bestimmen der Strömungsform einer Zweiphasenströmung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4333624A1 true DE4333624A1 (de) | 1995-04-06 |
DE4333624C2 DE4333624C2 (de) | 1995-12-21 |
Family
ID=6499254
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4333624A Expired - Fee Related DE4333624C2 (de) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | Anordnung zum Bestimmen der Strömungsform einer Zweiphasenströmung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4333624C2 (de) |
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