JP4918639B2 - Measuring device, measuring system, measuring program, and recording medium recording the measuring program - Google Patents

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Description

本発明は、例えば軽水型動力炉などにおいて用いられる気液二相流の解析を行う測定装置、測定方法、測定システム、測定プログラム、および測定プログラムを記録した記録媒体に関するものである。   The present invention relates to a measuring apparatus, a measuring method, a measuring system, a measuring program, and a recording medium recording the measuring program for analyzing a gas-liquid two-phase flow used in, for example, a light water power reactor.

今日において、気液二相流は、軽水型動力炉をはじめとして蓄熱・冷凍・冷蔵システム、電子回路冷却システムや化学工業分野における気泡反応塔など、多種多様な工業装置に利用されている。これらの機器・システムにおいて、気液二相流の挙動は、運転特性、効率、経済性、および安全性などに多大な影響を及ぼしている。   Today, gas-liquid two-phase flow is used in a wide variety of industrial equipment such as light water type power reactors, heat storage / refrigeration / refrigeration systems, electronic circuit cooling systems, and bubble reaction towers in the chemical industry. In these devices and systems, the behavior of the gas-liquid two-phase flow has a great influence on operating characteristics, efficiency, economy, safety, and the like.

例えば、軽水型動力炉においては、気液二相流の挙動は、炉心冷却に多大な影響を与えるものであり、炉心冷却不調による事故の支配的要因となる。また、沸騰水型軽水炉(BWR)においては、事故時のみならず通常運転時においても、気液二相流の挙動は炉心特性に大きな影響を及ばすものであり、BWR不安定のような不具合の要因となる。さらに、新型原子炉においては、受動的安全システムの作動に伴う熱流動現象の把握が設計性能を決める重要課題となっている。ランキンサイクルを利用するこのほかの原子力・火力発電システムにおいても、気液二相流は、蒸気発生器やボイラー、蒸気タービンなどの作動特性とエネルギー効率に関与する重要な因子となっている。   For example, in a light water power reactor, the behavior of a gas-liquid two-phase flow has a great influence on core cooling, and becomes a dominant factor in an accident due to a core cooling malfunction. In boiling water reactors (BWR), the behavior of gas-liquid two-phase flow greatly affects the core characteristics not only during an accident but also during normal operation. It becomes a factor of. Furthermore, in the new nuclear reactor, understanding the heat flow phenomenon associated with the operation of the passive safety system is an important issue that determines the design performance. In other nuclear and thermal power generation systems that use the Rankine cycle, gas-liquid two-phase flow is an important factor related to the operating characteristics and energy efficiency of steam generators, boilers, steam turbines, and the like.

近年、これらの機器・システムの設計においては、より高い安全性と経済性との両立が求められ、最適化が要求されている。このため、これらの機器・システムの設計要求を満たすため、気液二相流のより詳細な知見を得ることが必要となっている。   In recent years, in the design of these devices and systems, both higher safety and economy are required, and optimization is required. For this reason, in order to satisfy the design requirements of these devices and systems, it is necessary to obtain more detailed knowledge of gas-liquid two-phase flow.

気液二相流を解析するにあたって、界面の存在およびその変化を認識することは最も重要なプロセスであり、運動量、熱、および質量の搬送に大きく寄与している。特に、界面の変化は、流体摩擦損失の発生と流体誘発ノイズの発生とに関わっている。したがって、気液二相流を解析し、解析結果を応用するためには、界面の研究が非常に重要である。   In analyzing gas-liquid two-phase flow, recognizing the existence of the interface and its change is the most important process and greatly contributes to the transport of momentum, heat, and mass. In particular, the interface change is related to the generation of fluid friction loss and the generation of fluid-induced noise. Therefore, in order to analyze gas-liquid two-phase flow and apply the analysis results, research on the interface is very important.

界面の解析手法としては、多センサによる電気的/光学的プローブ法、超音波ドップラー法、レーザドップラー流速測定法(Laser Doppler Velocimetry、LDV)、粒子画像流速測定法(Particle Image Velocimetry、PIV)、および、各種関連フォトグラフィック法などが挙げられる。   Interface analysis methods include multi-sensor electrical / optical probing, ultrasonic Doppler, laser Doppler velocimetry (LDV), particle image velocimetry (Particle Image Velometry, PIV), and And various related photographic methods.

流体において、気泡の個数あるいはボイド率が非常に低いときには、超音波ドップラー法、LDV、PIV、および各種フォトグラフィック法を用いることによって界面の解析を的確に行うことが可能である。しかしながら、液体における気泡の個数あるいはボイド率が上昇し、音波あるいは光線が測定対象物に到るまでに非常に多数の界面を通らないといけないような状態になると、上記の手法の場合、界面と界面とを区別することが困難となり、界面の状態の的確な把握ができなくなるという問題がある。   In the fluid, when the number of bubbles or the void ratio is very low, the interface can be accurately analyzed by using the ultrasonic Doppler method, LDV, PIV, and various photographic methods. However, if the number of bubbles or the void ratio in the liquid increases and a sound wave or light beam has to pass through a large number of interfaces before reaching the object to be measured, There is a problem that it becomes difficult to distinguish the interface and the state of the interface cannot be accurately grasped.

複数のセンサを用いた電気的/光学的プローブ法は、気液二相流の局所領域における界面の空間的分布状態を測定する手法である。この手法では、あるセンサから別のセンサまで界面が移動するのにかかる時間に基づいて測定が行われる。この所要時間は主に界面速度と関連している。具体的には、電気的または光学的にセンシングを行う非常に微小な複数のセンサが二相流中に配置され、センサからの出力を高精度に測定することによって、界面の挙動が測定される。これにより、瞬間的な界面方向、界面速度、ボイド率の時間平均値、および、界面面積濃度の時間平均値などを測定することができる。また、ボイド率の時間平均値および界面面積濃度の時間平均値に関しては、この数十年間に盛んに研究が行われている。   The electrical / optical probe method using a plurality of sensors is a method of measuring a spatial distribution state of an interface in a local region of a gas-liquid two-phase flow. In this method, measurement is performed based on the time taken for the interface to move from one sensor to another. This required time is mainly related to the interfacial velocity. Specifically, a very small number of sensors that perform electrical or optical sensing are placed in a two-phase flow, and the behavior of the interface is measured by measuring the output from the sensors with high accuracy. . Thereby, the instantaneous interface direction, interface speed, time average value of void ratio, time average value of interface area concentration, and the like can be measured. In addition, research on the time average value of the void ratio and the time average value of the interface area concentration has been actively conducted in the last few decades.

複数のセンサを用いた電気的/光学的プローブ法としては、ダブルセンサ・プローブによる測定方法、および4センサ・プローブによる測定方法が挙げられる。   Examples of the electrical / optical probe method using a plurality of sensors include a measurement method using a double sensor probe and a measurement method using a four sensor probe.

ダブルセンサ・プローブによる測定方法は、2つのセンサを気液二相流中に配置して測定を行うものである(例えば非特許文献1、2参照)。このダブルセンサ・プローブによれば、(1)ボイド率、(2)気泡頻度、(3)一次元気泡流の界面面積濃度、(4)一次元気泡流の界面速度、および(5)一次元気泡流の気泡コード長、を測定することが可能である。   In the measurement method using a double sensor probe, measurement is performed by arranging two sensors in a gas-liquid two-phase flow (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2). According to this double sensor probe, (1) void fraction, (2) bubble frequency, (3) interface area concentration of one-dimensional bubble flow, (4) interface velocity of one-dimensional bubble flow, and (5) one-dimensional bubble It is possible to measure the bubble code length of the bubble flow.

また、4センサ・プローブによる測定方法は、4つのセンサを気液二相流中に配置して測定を行うものである(例えば特許文献1、非特許文献3〜4参照)。この4センサ・プローブによれば、(1)ボイド率、(2)気泡頻度、(3)多次元気泡流の界面面積濃度、(4)一次元気泡流の界面速度、および、(5)一次元気泡流の気泡コード長、を測定することが可能である。
特開2000−136962号公報(2000年5月16日公開) Kataoka, I., Ishii, M. & Serizawa, A., 1986. Local formulation and measurements of interfacial area concentration in two-phase flow. Int. J. Multiphase Flow 12, 505-529 Hibiki, T., Hogsett, T. & Ishii, M., 1998. Local measurement of interfacial area, interfacial velocity and turbulence in two-phase flow. J. Nucl. Engng. & Design 184, 287-304 Revankar, S. T. & Ishii, M., 1993. Theory and measurement of local interfacial area using a four sensor probe in two-phase flow. Int. J. Heat Mass Transfer. 36(12), 2997-3007. Shen, X., Saito, Y., Mishima, K., Nakamura, H., Improved measurement method for interfacial area concentration in a large diameter tube, in: Proceeding of the 6th ASME-JSME Thermal Engineering Joint Conference, Hawaii Island, Hawaii, 2003, Paper no. TED-AJ03-389
In addition, the measurement method using a four-sensor probe is performed by arranging four sensors in a gas-liquid two-phase flow (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Documents 3 to 4). According to this 4-sensor probe, (1) void fraction, (2) bubble frequency, (3) interfacial area concentration of multidimensional bubble flow, (4) interface velocity of one-dimensional bubble flow, and (5) primary It is possible to measure the bubble code length of the original bubble flow.
JP 2000-136962 A (published May 16, 2000) Kataoka, I., Ishii, M. & Serizawa, A., 1986. Local formulation and measurements of interfacial area concentration in two-phase flow. Int. J. Multiphase Flow 12, 505-529 Hibiki, T., Hogsett, T. & Ishii, M., 1998.Local measurement of interfacial area, interfacial velocity and turbulence in two-phase flow.J. Nucl. Engng. & Design 184, 287-304 Revankar, ST & Ishii, M., 1993. Theory and measurement of local interfacial area using a four sensor probe in two-phase flow. Int. J. Heat Mass Transfer. 36 (12), 2997-3007. Shen, X., Saito, Y., Mishima, K., Nakamura, H., Improved measurement method for interfacial area concentration in a large diameter tube, in: Proceeding of the 6th ASME-JSME Thermal Engineering Joint Conference, Hawaii Island, Hawaii, 2003, Paper no. TED-AJ03-389

上記したように、気液二相流を利用する各種装置では、大小様々な流路形状の変化や流れの方向の変化があり、また相変化を伴うことも多い。よって、気液二相流における流れは多次元を帯び、未発達の流れの特性を有することになる。   As described above, various apparatuses using gas-liquid two-phase flow have various channel shape changes and flow direction changes, and often involve phase changes. Therefore, the flow in the gas-liquid two-phase flow is multidimensional and has undeveloped flow characteristics.

これに対して、上記したダブルセンサ・プローブおよび4センサ・プローブでは、一次元気泡流における界面速度や気泡コード長の測定しかできず、多次元気泡流の解析としては不十分である。   In contrast, the double sensor probe and the four sensor probe described above can only measure the interface velocity and bubble code length in a one-dimensional bubble flow, and are insufficient for analysis of a multi-dimensional bubble flow.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複雑な気液二相流の界面微細構造と輸送機構を解明できる測定装置、測定方法、測定システム、測定プログラム、および測定プログラムを記録した記録媒体を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to provide a measuring device, a measuring method, a measuring system, a measuring program, and a measuring device capable of elucidating the interface microstructure and transport mechanism of a complex gas-liquid two-phase flow. And providing a recording medium on which a measurement program is recorded.

本発明に係る測定装置は、上記課題を解決するために、気液二相流中に配置され、該気液二相流における気相および液相を検出するセンサからの出力信号を受信する出力受信部と、上記出力受信部によって受信された出力信号に基づいて、上記気液二相流における気相と液相との間の界面に関する物理特性を算出する測定演算手段とを備え、上記出力受信部が、少なくとも4つのセンサからなるセンサセットの少なくとも3セット分の出力信号を受信するとともに、各センサセットは互いに異なる組み合わせのセンサを含んでおり、上記測定演算手段が、上記出力信号に基づいて、上記界面の3次元速度を算出することを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, the measuring apparatus according to the present invention is arranged in a gas-liquid two-phase flow, and receives an output signal from a sensor that detects a gas phase and a liquid phase in the gas-liquid two-phase flow. A measuring unit that calculates a physical characteristic related to an interface between a gas phase and a liquid phase in the gas-liquid two-phase flow based on an output signal received by the output receiving unit; The receiving unit receives output signals for at least three sensor sets of at least four sensors, each sensor set includes different combinations of sensors, and the measurement calculation means is based on the output signals. Thus, the three-dimensional velocity of the interface is calculated.

また、本発明に係る測定方法は、上記課題を解決するために、気液二相流中に配置され、該気液二相流における気相および液相を検出するセンサからの出力信号に基づいて、上記気液二相流における気相と液相との間の界面に関する物理特性を算出する測定演算ステップを含み、上記出力信号が、少なくとも4つのセンサからなるセンサセットの少なくとも3セット分の出力信号であって、各センサセットは互いに異なる組み合わせのセンサを含んでおり、上記測定演算ステップにおいて、上記出力信号に基づいて、上記界面の3次元速度を算出することを特徴としている。   Further, in order to solve the above problems, the measurement method according to the present invention is based on an output signal from a sensor that is arranged in a gas-liquid two-phase flow and detects a gas phase and a liquid phase in the gas-liquid two-phase flow. A measurement calculation step for calculating a physical characteristic relating to an interface between a gas phase and a liquid phase in the gas-liquid two-phase flow, wherein the output signal corresponds to at least three sets of a sensor set including at least four sensors. It is an output signal, and each sensor set includes different combinations of sensors. In the measurement calculation step, the three-dimensional velocity of the interface is calculated based on the output signal.

上記の構成および方法では、受信された出力信号に基づいて、気相と液相との間の界面に関する物理特性が算出されている。この際に、界面の物理特性の算出は、4つのセンサからなるセンサセットの3セット分の出力信号に基づいて行われている。なお、4つのセンサからなるセンサセットの3セット分とは、各センサセットに含まれるセンサが全て異なるものである必要はなく、あるセンサが複数のセンサセットに含まれていてもよい。ただし、この場合でも、各センサセットは互いに異なる組み合わせのセンサを含んでいることが必要である。   In the above configuration and method, the physical characteristics relating to the interface between the gas phase and the liquid phase are calculated based on the received output signal. At this time, the physical characteristics of the interface are calculated based on the output signals for three sets of the sensor set including four sensors. Note that it is not necessary that the sensors included in each sensor set are different from the three sensor sets of four sensors, and a certain sensor may be included in a plurality of sensor sets. However, even in this case, each sensor set needs to include different combinations of sensors.

ここで、4つのセンサからなるセンサセットの出力信号に基づけば、前記した4センサ・プローブを用いた場合のように、界面の速度の法線方向成分を算出することが可能である。そして、1セット分のセンサセットの出力信号に基づいて得られる界面の速度の法線方向成分を3セット分考慮することによって、界面の3次元速度を算出することが可能となる。これにより、多次元気泡流の解析をより的確に行うことを可能とする測定装置および測定方法を提供することができる。   Here, based on the output signal of the sensor set composed of four sensors, it is possible to calculate the normal direction component of the interface velocity as in the case of using the four-sensor probe described above. Then, the three-dimensional velocity of the interface can be calculated by considering the normal direction component of the velocity of the interface obtained based on the output signal of one set of sensor sets for three sets. As a result, it is possible to provide a measuring apparatus and a measuring method that enable more accurate analysis of a multidimensional bubble flow.

よって、上記本発明に係る測定装置および測定方法によれば、複雑な気液二相流の界面微細構造と輸送機構を解明できるので、上記のような様々な工業装置における安全性と経済性の向上に寄与するものと期待される。   Therefore, according to the measurement apparatus and the measurement method according to the present invention, the interface microstructure and transport mechanism of a complicated gas-liquid two-phase flow can be clarified, so that the safety and economical efficiency of various industrial apparatuses as described above can be improved. It is expected to contribute to improvement.

また、本発明に係る測定装置は、上記の構成において、上記測定演算手段が、各センサセットの出力信号に基づいて、界面の法線方向成分の速度と、界面の法線方向の単位ベクトルを算出するとともに、各センサセットの出力信号に基づいて得られた界面の法線方向の単位ベクトルが等しいという仮定に基づいて、上記界面の3次元速度を算出する構成としてもよい。   Further, in the measurement apparatus according to the present invention, in the above configuration, the measurement calculation unit calculates the velocity of the interface normal direction component and the unit vector of the interface normal direction based on the output signal of each sensor set. In addition to the calculation, the three-dimensional velocity of the interface may be calculated based on the assumption that the unit vectors in the normal direction of the interface obtained based on the output signal of each sensor set are equal.

上記の構成によれば、各センサセットの出力信号に基づいて得られる界面の速度の法線方向成分を3セット分考慮することによって、界面の3次元速度を的確に算出することが可能となる。   According to the above configuration, it is possible to accurately calculate the three-dimensional velocity of the interface by considering the normal direction component of the velocity of the interface obtained based on the output signal of each sensor set for three sets. .

また、本発明に係る測定装置は、上記の構成において、上記測定演算手段が、上記界面によって囲まれた気泡が球状であることを仮定して、上記界面の3次元速度に基づいて気泡の直径を算出する構成としてもよい。   Further, in the measurement apparatus according to the present invention, in the above configuration, the measurement calculation means assumes that the bubble surrounded by the interface is spherical, and the diameter of the bubble based on the three-dimensional velocity of the interface. It is good also as a structure which calculates.

上記の構成によれば、特定の箇所に気泡が最初に接触した時点での3次元速度、該気泡が該特定の箇所を離れる時点での3次元速度、およびこの2つの時点の時間間隔を算出することが可能である。ここで、気泡が球状であることを仮定すれば、上記の3つの値を用いて気泡の直径を算出することが可能となる。   According to the above configuration, the three-dimensional velocity at the time when a bubble first contacts a specific location, the three-dimensional velocity at the time when the bubble leaves the specific location, and the time interval between these two times are calculated. Is possible. Here, assuming that the bubble is spherical, the bubble diameter can be calculated using the above three values.

また、本発明に係る測定装置は、上記の構成において、上記測定演算手段が、界面上の特定位置における測定可能速度の全てにおいて、それぞれの界面の法線方向成分の大きさは全て等しく、測定可能速度における界面の法線方向成分の大きさは、界面の速度の法線方向成分に等しくなる、という法則を利用して、上記界面の3次元速度を算出する構成としてもよい。   Further, in the measurement apparatus according to the present invention, in the above-described configuration, the measurement calculation unit measures all the normal direction components of each interface at all the measurable speeds at a specific position on the interface, and performs measurement. A configuration may be adopted in which the three-dimensional velocity of the interface is calculated using a law that the size of the normal component of the interface at the possible speed is equal to the normal component of the velocity of the interface.

ここで、上記の測定可能速度とは、各センサセットによって界面を測定する際に、各センサからの出力に基づいて測定することが可能な方向の速度である。上記の構成によれば、気相および液相を検出するセンサからの出力信号によって、界面の速度の法線方向成分を算出することが可能となる。   Here, the above measurable speed is a speed in a direction that can be measured based on an output from each sensor when the interface is measured by each sensor set. According to said structure, it becomes possible to calculate the normal direction component of the interface velocity with the output signal from the sensor which detects a gaseous phase and a liquid phase.

また、本発明に係る測定システムは、上記課題を解決するために、少なくとも4つのセンサからなるセンサセットを少なくとも3セットと、上記本発明に係る測定装置とを備え、上記各センサセットは互いに異なる組み合わせのセンサを含んでいることを特徴としている。   Moreover, in order to solve the above-described problems, the measurement system according to the present invention includes at least three sensor sets each including at least four sensors and the measurement device according to the present invention, and the sensor sets are different from each other. It is characterized by including a combination of sensors.

上記の構成によれば、界面の3次元速度を算出することにより、多次元気泡流の解析をより的確に行うことを可能とする測定システムを提供することができる。   According to said structure, the measurement system which makes it possible to analyze a multidimensional bubble flow more correctly by calculating the three-dimensional velocity of an interface can be provided.

また、本発明に係る測定システムは、上記の構成において、上記3セットのセンサセットが、6つのセンサによって構成されている構成としてもよい。   Moreover, the measurement system according to the present invention may be configured such that, in the above configuration, the three sensor sets are configured by six sensors.

6つのセンサが設けられている場合、4つのセンサからなるセンサセットを、互いに異なる組み合わせのセンサを含んだ状態で3セット設定することが可能となる。すなわち、上記の構成によれば、センサの数を最小限にした状態で、4つのセンサからなるセンサセットを3セット互いに独立した状態で設定することが可能となる。よって、センサ部分の大きさを最小限にすることが可能となるとともに、コストと測定誤差も低減することが可能となる。   When six sensors are provided, it is possible to set three sensor sets including four sensors in a state in which different combinations of sensors are included. That is, according to the above configuration, it is possible to set three sensor sets including four sensors independently of each other with the number of sensors minimized. Therefore, the size of the sensor portion can be minimized, and the cost and measurement error can be reduced.

本発明に係る測定装置、測定方法、および測定システムは、以上のように、少なくとも4つのセンサからなるセンサセットの少なくとも3セット分の出力信号に基づいて、上記界面の3次元速度を算出するようになっている。よって、多次元気泡流の解析をより的確に行うことを可能とするという効果を奏する。   As described above, the measuring apparatus, the measuring method, and the measuring system according to the present invention calculate the three-dimensional velocity of the interface based on the output signals for at least three sets of the sensor set including at least four sensors. It has become. Therefore, there is an effect that the analysis of the multidimensional bubble flow can be performed more accurately.

本発明の一実施形態について図1ないし図8に基づいて説明すると以下の通りである。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

(システム構成)
図2は、本実施形態に係る測定システムの概略構成を示している。同図に示すように、測定システムは、測定装置1およびセンサ装置2を備えた構成となっている。
(System configuration)
FIG. 2 shows a schematic configuration of the measurement system according to the present embodiment. As shown in the figure, the measurement system includes a measurement device 1 and a sensor device 2.

センサ装置2は、流路管3中の気液二相流中に配置される複数のセンサによって検出された検出結果を出力する装置である。図3は、このセンサ装置2の概略構成を示している。同図に示すように、センサ装置2は、出力部2Aおよびプローブ部2Bを備えている。なお、同図中に示す寸法はあくまで一例であり、この寸法に限定されるものではない。   The sensor device 2 is a device that outputs detection results detected by a plurality of sensors arranged in a gas-liquid two-phase flow in the flow channel tube 3. FIG. 3 shows a schematic configuration of the sensor device 2. As shown in the figure, the sensor device 2 includes an output unit 2A and a probe unit 2B. In addition, the dimension shown in the figure is an example to the last, and is not limited to this dimension.

プローブ部2Bは、複数のセンサから構成されており、このプローブ部2Bが気液二相流中に配置される。各センサは、電気的あるいは光学的な手法によって気液二相流における気相および液相を検出する。電気的なセンサは気相と液相の電気伝導度の相違によって相検出を行う。光学的なセンサは気相と液相に対する光学屈折率の相違によって相検出を行う。出力部2Aは、プローブ部2Bにおける各センサによって検出された結果を電気信号あるいは光学信号として出力する。   The probe unit 2B is composed of a plurality of sensors, and the probe unit 2B is disposed in the gas-liquid two-phase flow. Each sensor detects a gas phase and a liquid phase in a gas-liquid two-phase flow by an electric or optical method. The electrical sensor performs phase detection based on the difference in electrical conductivity between the gas phase and the liquid phase. The optical sensor performs phase detection based on the difference in optical refractive index between the gas phase and the liquid phase. The output unit 2A outputs the result detected by each sensor in the probe unit 2B as an electric signal or an optical signal.

測定装置1は、センサ装置2から送られてきたセンシング結果に基づいて、気液二相流の挙動を解析する装置である。具体的には、測定装置1は、センサ出力受信部4、測定演算部5、および測定結果出力部6を備えている。   The measuring device 1 is a device that analyzes the behavior of the gas-liquid two-phase flow based on the sensing result sent from the sensor device 2. Specifically, the measurement apparatus 1 includes a sensor output reception unit 4, a measurement calculation unit 5, and a measurement result output unit 6.

センサ出力受信部4は、センサ装置2から送られてきたセンシング結果としての電気信号あるいは光学信号を受信する。受信された電気信号はA/D変換され、測定演算部5に送られる。受信された光学信号は光電変換器を経由して電気信号に変換され、更にA/D変換され、測定演算部5に送られる。測定演算部5は、センサ出力受信部4から送られてきたセンシングデータに基づいて、気液二相流における各種パラメータの解析演算処理を行う。この測定演算部5における処理内容の詳細については後述する。測定結果出力部6は、測定演算部5による演算結果を出力する。この測定結果出力部6は、例えば測定結果を表示する表示手段や、測定結果を印刷する印刷手段などによって構成される。   The sensor output receiving unit 4 receives an electrical signal or an optical signal as a sensing result sent from the sensor device 2. The received electrical signal is A / D converted and sent to the measurement calculation unit 5. The received optical signal is converted into an electrical signal via a photoelectric converter, further A / D converted, and sent to the measurement calculation unit 5. The measurement calculation unit 5 performs analysis calculation processing of various parameters in the gas-liquid two-phase flow based on the sensing data sent from the sensor output reception unit 4. Details of processing contents in the measurement calculation unit 5 will be described later. The measurement result output unit 6 outputs the calculation result by the measurement calculation unit 5. The measurement result output unit 6 includes, for example, a display unit that displays the measurement result and a printing unit that prints the measurement result.

なお、測定装置1は、上記のような構成および機能を有する装置であればどのような装置であっても構わないが、例えば一般的なPC(Personal Computer)によって測定装置1を実現することができる。この場合、センサ出力受信部4は、PCにおけるセンサ装置2との間のインターフェースボードなどによって実現され、測定結果出力部6は、PCが備えるディスプレイやプリンタなどによって実現される。また、測定演算部5は、該測定演算部5が行う演算処理を記述したプログラムが実行されることによって実現される。   The measuring device 1 may be any device as long as it has the configuration and functions described above. For example, the measuring device 1 can be realized by a general PC (Personal Computer). it can. In this case, the sensor output receiving unit 4 is realized by an interface board or the like with the sensor device 2 in the PC, and the measurement result output unit 6 is realized by a display or a printer provided in the PC. Moreover, the measurement calculation part 5 is implement | achieved by running the program which described the calculation process which this measurement calculation part 5 performs.

(気液二相流解析方法)
次に、上記測定演算部5における演算処理の内容について説明する。ここでは、まず前提となるダブルセンサ・プローブによる解析方法、および4センサ・プローブによる解析方法について説明した後に、本実施形態に係る4センサ・プローブを3セット用いた解析方法について説明する。
(Gas-liquid two-phase flow analysis method)
Next, the contents of the calculation process in the measurement calculation unit 5 will be described. Here, the analysis method using the double sensor probe and the analysis method using the four sensor probe are first described, and then the analysis method using three sets of the four sensor probe according to the present embodiment is described.

(ダブルセンサ・プローブ)
まず、2つのセンサを気液二相流中に配置した場合の界面の測定方法(ダブルセンサ・プローブ)について説明する。図5(a)は、ダブルセンサ・プローブによる測定の概略を示している。同図に示すように、ダブルセンサ・プローブでは、2つのセンサS0・S1が気液二相流中に配置されている。なお、センサS0・S1のそれぞれの下端部分に実際にセンシングを行うセンサが配置されており、このセンサ間距離をベクトルs01とする。同図に示す例では、気泡Bは、時間tf0においてセンサS0に最初に接触し(気泡Bf0の位置)、時間tf1においてセンサS1に接触し(気泡Bf1の位置)、時間tr0においてセンサS0から離れている(気泡Br0の位置)。
(Double sensor probe)
First, an interface measurement method (double sensor probe) when two sensors are arranged in a gas-liquid two-phase flow will be described. FIG. 5A shows an outline of measurement by a double sensor probe. As shown in the figure, in the double sensor probe, two sensors S0 and S1 are arranged in a gas-liquid two-phase flow. Incidentally, it is actually arranged sensor for sensing the respective lower end portions of the sensor S0 · S1, to the distance between the sensors and the vector s 01. In the example shown in the drawing, bubbles B is first contacts the sensor S0 at time t f0 (position of the air bubble B f0), in contact with the sensor S1 at time t f1 (position of the air bubble B f1), the time t r0 At a distance from the sensor S0 (the position of the bubble Br0 ).

以上の場合において、2つのセンサS0・S1からの出力信号は、図5(b)に示すような信号となる。この2つのセンサS0・S1から得られる2つの出力信号には、基本的に2種類の情報が含まれている。つまり、(1)2個のセンサにおける、相を特定する点同士の時間差Δt01l(=tf1−tf0)と(2)気相の滞留時間Δt0b(=tr0−tf0)である。 In the above case, the output signals from the two sensors S0 and S1 are signals as shown in FIG. Two types of information are basically included in the two output signals obtained from the two sensors S0 and S1. That is, (1) the time difference Δt 011 (= t f1 −t f0 ) between the points specifying the phases in the two sensors and (2) the residence time Δt 0b (= t r0 −t f0 ) of the gas phase. .

滞留時間Δt0bは、液体から気体へ変化する界面があるセンサ(センサS0)を通過してから、気体から液体へ変化する界面がこのセンサを通過するまでの時間を示している。すなわち、滞留時間Δt0bは、あるセンサ(センサS0)に対する気相の通過時間を示していることになる。よって、滞留時間Δt0bによって、ボイド率αが次式のように求められる。 The residence time Δt 0b indicates the time from passing through a sensor (sensor S0) having an interface that changes from liquid to gas until the interface changing from gas to liquid passes through this sensor. That is, the residence time Δt 0b indicates the transit time of the gas phase with respect to a certain sensor (sensor S0). Therefore, the void ratio α is obtained by the following equation based on the residence time Δt 0b .

Figure 0004918639
Figure 0004918639

上式において、Ωは要求された測定時間、NはΩ内でセンサS0に測定される気泡の数を示している。 In the above formula, Omega time requested measurement, N B denotes the number of bubbles that are measured in the sensor S0 in Omega.

また、気泡頻度fは次式のように求められる。   Further, the bubble frequency f is obtained as follows.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

また、時間差Δt01lは、気泡Bの界面lがあるセンサ(センサS0)に接触してから、別のセンサ(センサS1)に接触するまでの時間を示している。よって、この時間差Δt01lによって、一次元気泡流の界面の移動速度(界面速度)を測定することができる。すなわち、界面速度ベクトルVは、次式で表される。 Further, the time difference Δt 011 indicates the time from when the interface l of the bubble B comes into contact with a sensor (sensor S0) until it comes into contact with another sensor (sensor S1). Therefore, the moving speed (interface speed) of the interface of the one-dimensional bubble flow can be measured by this time difference Δt 011 . That is, the interface velocity vector V i is expressed by the following equation.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

また、一次元気泡流の界面面積濃度a1は次式のように求められる。   Further, the interfacial area concentration a1 of the one-dimensional bubble flow is obtained as follows.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

ここでω0は界面速度と主流方向とのなす角度wの最大値を表す。最大角ω0は界面速度の揺らぎによって決まる。 Here, ω 0 represents the maximum value of the angle w formed by the interface speed and the main flow direction. The maximum angle ω 0 is determined by the fluctuation of the interface speed.

また、あるセンサ(センサS0またはセンサS1)が気泡Bを通過する際の通過距離としての気泡コード長Lchは、次式で表される。   The bubble code length Lch as a passing distance when a certain sensor (sensor S0 or sensor S1) passes through the bubble B is expressed by the following equation.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

ここで、上記の界面速度および気泡コード長の算出方法は、気泡Bが、センサS0の先端からセンサS1の先端へ至る直線方向に進んでいるということを前提としている。すなわち、ダブルセンサ・プローブによる界面速度および気泡コード長の算出は、一次元気泡流でのみ有効であり、気泡が、センサS0の先端からセンサS1の先端へ至る直線方向に対して斜めに移動することが考えられる場合には、上記算出方法の信頼性は低くなる。   Here, the calculation method of the interface velocity and the bubble code length is based on the premise that the bubble B travels in a linear direction from the tip of the sensor S0 to the tip of the sensor S1. That is, the calculation of the interface velocity and the bubble code length by the double sensor probe is effective only in the one-dimensional bubble flow, and the bubble moves obliquely with respect to the linear direction from the tip of the sensor S0 to the tip of the sensor S1. In such a case, the reliability of the calculation method is low.

したがって、ダブルセンサ・プローブによれば、(1)ボイド率、(2)気泡頻度、(3)一次元気泡流の界面面積濃度、(4)一次元気泡流の界面速度、および(5)一次元気泡流の気泡コード長、を測定することが可能である。   Thus, according to the double sensor probe, (1) void fraction, (2) bubble frequency, (3) interface area concentration of one-dimensional bubble flow, (4) interface velocity of one-dimensional bubble flow, and (5) primary It is possible to measure the bubble code length of the original bubble flow.

(4センサ・プローブ)
次に、4つのセンサを用いた場合の界面の解析方法について説明する。図6は、4つのセンサS0・S1・S2・S3によって界面の変化を検出する様子を模式的に示している。同図に示す例では、時間t0lにおいてセンサS0が界面lを検出し、時間t1lにおいてセンサS1が界面lを検出し、時間t2lにおいてセンサS2が界面lを検出し、時間t3lにおいてセンサS0が界面lを検出している。すなわち、界面lが時間t0lにおける界面K0に、時間t1lにおける界面K1に、時間t2lにおける界面K2に、および時間t3lにおける界面K3になり、同図に示すように移動していることになる。なお、同図において、センサS0・S1・S2・S3の下端部にセンサが設けられているものとする。
(4 sensors / probes)
Next, an interface analysis method when four sensors are used will be described. FIG. 6 schematically shows how an interface change is detected by four sensors S0, S1, S2, and S3. In the example shown in the figure, the sensor S0 detects the interfacial l at time t 0l, sensor S1 detects the interfacial l at time t 1l, sensor S2 detects the surface l at time t 2l, at time t 3l Sensor S0 detects interface l. That is, the interface K0 interface l is at time t 0l, the interface K1 at time t 1l, the interface K2 at time t 2l, and becomes the interface K3 at time t 3l, that is moving as shown in FIG. become. In the figure, it is assumed that sensors are provided at the lower ends of the sensors S0, S1, S2, and S3.

この4センサ・プローブによる界面の挙動解析に関して、Shen et al.(2002)が「界面測定の法則」を導き出している。この法則は、局所的瞬間界面速度と局所的測定可能速度との一般的関係を示している。界面測定の法則によると、界面上の特定位置における測定可能速度の全てにおいて、それぞれの界面法線方向成分の大きさは全て等しくなる。また、測定可能速度における界面法線方向成分の大きさは、局所的瞬間界面速度の界面法線方向成分に等しくなる。ここで、測定可能速度とは、多センサ・プローブによって界面を測定する際に、各センサからの出力に基づいて測定することが可能なセンサとセンサの間の距離方向の速度である。4センサ・プローブの場合、測定可能速度は3つとなる。この界面測定の法則は次式で表される。   Regarding the analysis of the interface behavior by the four-sensor probe, Shen et al. (2002) derives the “law of interface measurement”. This law shows the general relationship between local instantaneous interface velocity and locally measurable velocity. According to the law of interface measurement, the size of each interface normal direction component is equal for all measurable velocities at a specific position on the interface. Further, the magnitude of the interface normal direction component at the measurable speed is equal to the interface normal direction component of the local instantaneous interface speed. Here, the measurable speed is a speed in the distance direction between the sensors that can be measured based on an output from each sensor when the interface is measured by the multi-sensor probe. In the case of a 4-sensor probe, there are three measurable speeds. This interface measurement law is expressed by the following equation.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

上式において、ベクトルnilは、時間t0lにおける第l番目の界面の、特定の点0(x,t0l)(センサS0による測定位置)における界面法線方向の単位ベクトルを示している。また、ベクトルVilは、時間t0lにおける第l番目の界面が特定の点0(x,t0l)(センサS0による測定位置)を通過する速度を示しており、次式で表される。 In the above equation, the vector n il indicates a unit vector in the interface normal direction at a specific point 0 (x 0 , t 0l ) (measurement position by the sensor S 0) of the l-th interface at time t 0l . . The vector V il indicates the speed at which the l-th interface at time t 0l passes a specific point 0 (x 0 , t 0l ) (measurement position by the sensor S 0), and is expressed by the following equation: .

Figure 0004918639
Figure 0004918639

また、数6において、ベクトルVm0klは、第l番目の界面の測定可能速度を示している。センサS0の先端から、センサSk(k=1、2、3)の先端に至るそれぞれの距離ベクトルs0−kと、第l番目の界面がセンサS0の先端からセンサSk(k=1、2、3)の先端へ移動するまでにかかる時間tkl−t0lとを使って、ベクトルVm0klを次のように定義する。 In Equation 6, the vector V m0kl indicates the measurable speed of the l-th interface. Each distance vector s 0-k from the tip of the sensor S0 to the tip of the sensor Sk (k = 1, 2, 3) and the lth interface from the tip of the sensor S0 to the sensor Sk (k = 1, 2) The vector V m0kl is defined as follows using the time t kl −t 0l required to move to the tip of 3).

Figure 0004918639
Figure 0004918639

また、距離ベクトルs0−kは次式で表される。 Further, the distance vector s 0-k is expressed by the following equation.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

また、数6において、ベクトルnilは、図7(a)に示す3つの角度によって次式のように定義される。 Further, in Equation 6, the vector n il is defined as the following equation by the three angles shown in FIG.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

また、数6において、Vnlは、点0(x,t0l)における界面速度の界面法線方向成分の大きさを示している。 In Equation 6, V nl indicates the magnitude of the interface normal direction component of the interface velocity at the point 0 (x 0 , t 0l ).

以上のように、界面測定の法則を4センサ・プローブ法に適用することによって、前部センサ(上記の例ではセンサS0)の先端が、該界面を貫通する際の点(点0(x,t0l))における、局所的瞬間界面法線方向単位ベクトルnilと、局所的瞬間界面速度の界面法線方向成分Vnlとが求められる。この結果より、次式が導かれる。 As described above, by applying the interface measurement law to the four-sensor probe method, the point (point 0 (x 0 )) when the tip of the front sensor (sensor S0 in the above example) penetrates the interface. , T 0l )), the local instantaneous interface normal direction unit vector n il and the interface normal direction component V nl of the local instantaneous interface velocity are obtained. From this result, the following equation is derived.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

Figure 0004918639
Figure 0004918639

Figure 0004918639
Figure 0004918639

Figure 0004918639
Figure 0004918639

ここで、A01l、A02l、A03lは方向行列式である。ここでは、この方向行列式は界面方向を決定するのに用いている。方向行列式自身は、4つのセンサによって測定可能な方向と、それに対応する方向の測定可能速度とで決まる。この方向行列式は次式で与えられる。 Here, A 01l , A 02l and A 03l are directional determinants. Here, this directional determinant is used to determine the interface direction. The direction determinant itself is determined by the direction measurable by the four sensors and the measurable speed in the corresponding direction. This directional determinant is given by:

Figure 0004918639
Figure 0004918639

Figure 0004918639
Figure 0004918639

Figure 0004918639
Figure 0004918639

また、Aは、4センサ・プローブの基本行列式であり、上記の測定可能な方向、つまり、プローブの配置形状によって決まる。このAは次式で与えられる。 A 0 is a basic determinant of the 4-sensor probe, and is determined by the above measurable direction, that is, the probe arrangement shape. This A0 is given by the following equation.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

なお、界面上の任意の点において、界面法線の向きには外向きと内向きの二つがある。よって、数11〜数13中のcosηxi、cosηyi、cosηziには、それぞれ正と負の二つの平方根があり、それぞれ[0,π]でのηxi、ηyi、ηziの2つの余角に対応している。正のコサイン値は鋭角を示し、負のコサイン値は鈍角を示す。この2つの余角を、ηziを例にとって、センサSに対して近づきつつある界面と離れつつある界面とについて図7(b)および図7(c)にそれぞれ示す。通常、外向きの界面の法線方向を正の界面方向とし、また、1つの角度だけが各界面の正しい解であるものとする。数6〜数8の中で、cosηxi、cosηyi、cosηziに対して正のコサインを選択するのか負のコサイン値を選択するのかということは、それぞれA01l、A02l、A03lの符号によって決まる。ベクトルVnlの方向は、どの界面であってもベクトルnの方向と同じである。 Note that at any point on the interface, there are two directions of the interface normal, outward and inward. Accordingly, cos η xi , cos η yi , and cos η zi in Equations 11 to 13 have two square roots, positive and negative, respectively, and two of η xi , η yi , and η zi in [0, π], respectively. Corresponds to the remainder angle. A positive cosine value indicates an acute angle and a negative cosine value indicates an obtuse angle. The two residual angles are shown in FIGS. 7B and 7C for the interface approaching the sensor S and the interface approaching the sensor S, taking η zi as an example. Usually, the normal direction of the outward interface is the positive interface direction, and only one angle is the correct solution for each interface. In Equations 6 to 8, whether to select a positive cosine or a negative cosine value for cos η xi , cos η yi , and cos η zi depends on the signs of A 01l , A 02l , and A 03l It depends on. Direction of the vector V nl, how even the interface is the same as the direction of the vector n i.

なお、4センサ・プローブのように、センサを気液二相流中に嵌入させてセンシングを行う場合、実際の測定では、センサが設けられるプローブによって、閉じかけている界面の局所的な形状が変形してしまうという問題、および、界面速度の大きさと方向との両方が変化してしまうという問題は避けられない。したがって、篏入型多センサ・プローブ測定では、界面形状、界面速度、および、プローブのサイズについて、次のような仮定をする必要がある。(1)界面とセンサとの接触過程においては、界面が連続的かつ変形しない曲面であると仮定することで、界面の湾曲効果を無視する。(2)界面とセンサとの接触過程においては、連続的かつ変形しない曲面上の固定点での法線方向は一定である。(3)界面とセンサとの接触過程においては、界面の速度も一定である。(4)篏入プローブは界面に比べてサイズが小さい。   Note that when sensing is performed by inserting the sensor into a gas-liquid two-phase flow, as in the case of a 4-sensor probe, the local shape of the interface that is being closed by the probe in which the sensor is provided is actually measured. The problem of deformation and the problem that both the magnitude and direction of the interface speed change are unavoidable. Therefore, in the insertion type multi-sensor probe measurement, it is necessary to make the following assumptions regarding the interface shape, interface speed, and probe size. (1) In the contact process between the interface and the sensor, the bending effect of the interface is ignored by assuming that the interface is a curved surface that is continuous and does not deform. (2) In the contact process between the interface and the sensor, the normal direction at a fixed point on a curved surface that is continuous and does not deform is constant. (3) In the contact process between the interface and the sensor, the speed of the interface is also constant. (4) The insertion probe is smaller in size than the interface.

一般に、4つのセンサを備えるシステムにおいて、センサSk(k=0、1、2、3)のいずれを前部センサとして選択するかによって、4センサ・プローブ測定システムの組み合わせは4セット考えられる。したがって、数11〜数14を4セットの4センサ・プローブ測定システムの全てに適用すると、局所的瞬間界面方向単位ベクトルniklが4つ(k=0、1、2、3)と、異なる界面速度の法線方向成分ベクトルVnkl(x,tkl)が4つ(k=0、1、2、3)得られる。ここで、異なるセンサ端での4つの局所的瞬間界面方向単位ベクトルnikl(k=0、1、2、3)が独立しておらず、互いに同一であること、つまり、次式が成立することは理論的に証明できる。 In general, in a system including four sensors, four sets of four-sensor / probe measurement systems are conceivable depending on which of the sensors Sk (k = 0, 1, 2, 3) is selected as the front sensor. Therefore, when Expressions 11 to 14 are applied to all four sets of four-sensor probe measurement systems, four instantaneous instantaneous interface direction unit vectors n ikl (k = 0, 1, 2, 3) are different interfaces. Four velocity normal direction component vectors V nkl (x k , t kl ) (k = 0, 1, 2, 3) are obtained. Here, the four local instantaneous interface direction unit vectors n ikl (k = 0, 1, 2, 3) at different sensor ends are not independent and are identical to each other, that is, the following equation is established. That can be proved theoretically.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

また、4つの局所的瞬間界面速度の界面法線方向成分Vnkl(x,tkl)(k=0、1、2、3)も互いに独立してはおらず、上記4センサ・プローブを通過する第l番目の界面と同じ状態が続く。すなわち、次式が成立する。 Also, the interface normal direction components V nk1 (x k , t kl ) (k = 0, 1, 2, 3) of the four local instantaneous interface velocities are not independent of each other and pass through the four-sensor probe. The same state as the l-th interface continues. That is, the following equation is established.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

上記の数19および数20は、測定時に導入した仮定の結果である。このように、上記局所的瞬間界面方向単位ベクトルと局所的瞬間界面速度の界面法線方向成分との実際の測定演算では、4センサ・プローブ中のセンサSk(k=0、1、2、3)のいずれを前部センサとして選択し、残りを後部センサとしてもよい。   The above Equations 19 and 20 are the results of assumptions introduced at the time of measurement. Thus, in the actual measurement calculation of the local instantaneous interface direction unit vector and the interface normal direction component of the local instantaneous interface velocity, the sensor Sk (k = 0, 1, 2, 3) in the 4-sensor probe is used. ) May be selected as the front sensor and the rest may be the rear sensor.

以上より、4センサ・プローブによれば、(1)ボイド率、(2)気泡頻度、(3)多次元気泡流の界面面積濃度、(4)局所的瞬間界面速度の界面法線方向成分Vnl、および、(5)一次元気泡流の気泡コード長、を測定することが可能である。すなわち、(1)ボイド率、および(2)気泡頻度に関しては、ダブルセンサ・プローブと同様にして測定することができる。 From the above, according to the 4-sensor probe, (1) void ratio, (2) bubble frequency, (3) interface area concentration of multidimensional bubble flow, and (4) interface normal direction component V of local instantaneous interface velocity nl and (5) the bubble code length of the one-dimensional bubble flow can be measured. That is, (1) void ratio and (2) bubble frequency can be measured in the same manner as the double sensor probe.

(3)多次元気泡流の界面面積濃度aは、δ関数と上記の界面速度の界面法線方向成分の結果を利用し、次式によって求められる。 (3) The interfacial area concentration a i of the multidimensional bubbly flow is obtained by the following equation using the result of the interface normal direction component of the δ function and the above interface velocity.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

上式において、Nは測定される界面の数を示している。   In the above equation, N indicates the number of interfaces to be measured.

(4)局所的瞬間界面速度の界面法線方向成分Vnlは、上記したとおりである。 (4) The interface normal direction component V nl of the local instantaneous interface velocity is as described above.

(5)一次元気泡流の気泡コード長は、次式によって求められる。   (5) The bubble code length of the one-dimensional bubble flow is obtained by the following equation.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

ここで、一次元気泡流の界面速度の計算は気泡の前方側の界面を利用し、後部センサSk(k=1、2、3のいずれか)の時間(tfk)を選択して行う。 Here, the calculation of the interface velocity of the one-dimensional bubble flow is performed by using the interface on the front side of the bubble and selecting the time (t fk ) of the rear sensor Sk (k = 1, 2, or 3).

(4センサ・プローブを3セット用いた界面速度測定)
界面速度は独立した3つの速度成分からなるので、界面速度を式から求めるには、少なくとも3つの等式が必要である。そこで、図8に示すように、独立した3セットの4センサ・プローブSPa・SPb・SPcを使って、異なる3地点a、b、cで同じ界面の測定を行うことができれば、それぞれの4センサ・プローブから、独立した局所的瞬間界面法線方向単位ベクトルが1つと、独立した局所的瞬間界面速度の界面法線方向成分が1つ求められる。界面上の3地点が非常に接近しており、界面法線ベクトルが共通となる場合には、界面測定の法則から得られる独立した3つの等式を解くことによって、第l番目の界面の局所的瞬間界面速度が理論的に求められる。なお、上記の3セットの4センサ・プローブSPa・SPb・SPcのうち、1つ(例えばSPa)が主プローブ、残り2つ(例えばSPb、SPc)が補助プローブとして機能する。
(Interfacial velocity measurement using 3 sets of 4 sensors and probes)
Since the interface velocity is composed of three independent velocity components, at least three equations are required to obtain the interface velocity from the equation. Therefore, as shown in FIG. 8, if the same interface can be measured at three different points a, b, and c using three independent sets of four sensors, probes SPa, SPb, and SPc, each of the four sensors From the probe, one independent local instantaneous interface normal direction unit vector and one interface normal direction component of an independent local instantaneous interface velocity are obtained. When the three points on the interface are very close and the interface normal vector is common, the locality of the l-th interface is solved by solving three independent equations obtained from the interface measurement law. Theoretical interfacial velocity is theoretically required. Of the three sets of four sensors, probes SPa, SPb, and SPc, one (for example, SPa) functions as a main probe, and the other two (for example, SPb and SPc) function as auxiliary probes.

上記のように、3セットの4センサ・プローブSPa・SPb・SPcに対して、界面上の独立した点a、b、cで界面測定の法則を用いることによって、局所的瞬間界面法線方向単位ベクトルnikl(x,tkl)(k=a、b、c)と局所的瞬間界面速度の界面法線方向成分Vnkl(x,tkl)(k=a、b、c)とが求められ、次式で表される。 As described above, the local instantaneous interface normal direction unit is obtained by using the interface measurement law at independent points a, b, and c on the interface for three sets of four-sensor probes SPa, SPb, and SPc. The vector n ikl (x k , t kl ) (k = a, b, c) and the interface normal direction component V nkl (x k , t kl ) (k = a, b, c) of the local instantaneous interface velocity and Is obtained and expressed by the following equation.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

Figure 0004918639
Figure 0004918639

ここで、cosηkxi、cosηkyi、cosηkzi(k=a、b、c)は、上記した数11〜数13におけるcosηxi、cosηyi、cosηziとそれぞれ同様であり、Ak1l、Ak2l、Ak3l(k=a、b、c)は、上記した数15〜数17におけるA01l、A02l、A03lと同様の方向行列式であり、A(k=a、b、c)は、上記した数18と同様の基本行列式である。 Here, cos η kxi , cos η kyi , and cos η kzi (k = a, b, c) are the same as cos η xi , cos η yi , and cos η zi in Equations 11 to 13, respectively, and A k1l , A k2l , A k3l (k = a, b, c) is a directional determinant similar to A 01l , A 02l , A 03l in Equations 15 to 17, and A k (k = a, b, c) is , Which is the same basic determinant as the above equation (18).

第l番目の界面の局所的瞬間界面速度ベクトルを知るには、界面測定の法則を(x,tkl)(k=a、b、c)で再度使うことによって、次式を得る。 To know the local instantaneous interface velocity vector of the l-th interface, the following equation is obtained by reusing the interface measurement law at (x k , t kl ) (k = a, b, c).

Figure 0004918639
Figure 0004918639

Figure 0004918639
Figure 0004918639

Figure 0004918639
Figure 0004918639

ここで、ベクトルVikl(x,tkl)(k=a、b、c)は第l番目の界面の(x,tkl)(k=a、b、c)における局所的瞬間界面速度ベクトルである。 Here, the vector V ikl (x k, t kl ) (k = a, b, c) is of the l-th interface (x k, t kl) ( k = a, b, c) local instantaneous at the interface It is a velocity vector.

界面速度は、界面とセンサとの接触過程においても一定であると仮定したので、上記の3つの局所的瞬間界面速度ベクトルVikl(x,tkl)(k=a、b、c)は互いに等しい。つまり、次式が成り立つ。 Since the interface velocity is assumed to be constant in the contact process between the interface and the sensor, the above three local instantaneous interface velocity vectors V ikl (x k , t kl ) (k = a, b, c) are Equal to each other. That is, the following equation holds.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

ここで、ベクトルVilは、上記の測定点(x,tal)における局所的瞬間界面速度ベクトルを表し、前記した数7によって定義される。 Here, the vector V il represents a local instantaneous interface velocity vector at the measurement point (x a , t al ), and is defined by the above-described Expression 7.

におけるプローブを主プローブとすると、(x,tal)におけるベクトルVilの解が数25〜数27に基づいて、次のように求められる。 With the probe in x a main probe, based on the (x a, t al) vector V il solutions of several 25 to several 27 in, is determined as follows.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

Figure 0004918639
Figure 0004918639

Figure 0004918639
Figure 0004918639

上式において、Δ、Δ、Δ、Δは次式で与えられる。 In the above equation, Δ, Δ x , Δ y , Δ z are given by the following equations.

Figure 0004918639
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Figure 0004918639
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Figure 0004918639
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Figure 0004918639
Figure 0004918639

また、測定点、つまり、第a番目のプローブSPaにおける第0番目のセンサS0の先端が第l番目の界面と接触する点における局所的瞬間界面速度の大きさは、次式で表される。   The magnitude of the local instantaneous interface velocity at the measurement point, that is, the point where the tip of the 0th sensor S0 in the ath probe SPa contacts the lth interface is expressed by the following equation.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

また、測定点における界面速度の方向は、次式で表される。   Moreover, the direction of the interface velocity at the measurement point is expressed by the following equation.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

Figure 0004918639
Figure 0004918639

Figure 0004918639
Figure 0004918639

(界面速度ベクトルと界面法線ベクトルとのなす局所的角度)
前記した数29〜数31におけるVilを考慮に入れて、第a番目のプローブSPaに関して界面測定の法則を適用すると、次式のようになる。
(Local angle between interface velocity vector and interface normal vector)
When the interface measurement law is applied to the a-th probe SPa in consideration of V il in the above-described equations 29 to 31, the following equation is obtained.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

ここで、ベクトルnialは、第l番目の界面上の位置aにおける局所的瞬間界面法線方向単位ベクトルであり、次式で表される。 Here, the vector n ial is a local instantaneous interface normal direction unit vector at the position a on the l-th interface, and is expressed by the following equation.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

また、ベクトルVam0kl(kは1、2、3のいずれか)は、第a番目のプローブSPaにおける第0番目のセンサS0と第k番目のセンサSkとの間の測定可能速度を示している。上記の第0番目のセンサS0と第k番目のセンサSkとの間の距離Sa0−kと、この2個のセンサの間を第l番目の界面が移動する際に必要とされる時間Δta0klとの比を用いて、ベクトルVam0klは次式のように定義される。 A vector V am0kl (k is any one of 1, 2, and 3) indicates a measurable speed between the 0th sensor S0 and the kth sensor Sk in the ath probe SPa. . The distance Sa0-k between the 0th sensor S0 and the kth sensor Sk, and the time Δt required when the lth interface moves between the two sensors. Using the ratio with a0kl , the vector V am0kl is defined as:

Figure 0004918639
Figure 0004918639

したがって、局所的瞬間界面速度と局所瞬間界面法線方向単位ベクトルとのなす角度について局所における瞬間値を数式化すると、次式のようになる。   Therefore, when the local instantaneous value is expressed in terms of the angle between the local instantaneous interface velocity and the local instantaneous interface normal direction unit vector, the following formula is obtained.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

(球状気泡の直径)
界面によって囲まれた液体中の気体領域は気泡と称される。ここで、仮に気液二相流中の気泡が球状であるとすれば、気泡の直径Dは次式で表される。
(Diameter of spherical bubbles)
The gas region in the liquid surrounded by the interface is called a bubble. Here, if the bubbles in the gas-liquid two-phase flow are spherical, the diameter D k of the bubbles is expressed by the following equation.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

ここで、Dchkは、前部センサが第k番目の気泡に接触しはじめた点から、前部センサがその気泡から離れる点までの距離に相当するコード長である。また、ΔtFRkを、第k番目の気泡が前部センサに接触している間の時間、すなわち滞留時間とし、Vi(2k)を、第k番目の気泡における前方側半球体の界面の速度、すなわち、前部センサが第k番目の気泡に接触しはじめた点における速度とし、Vi(2k+1)を、第k番目の気泡における後方側半球体の界面の速度、すなわち、前部センサが第k番目の気泡から離れる点における速度とすると、Dchkは次のような式で表される。 Here, D chk is a cord length corresponding to the distance from the point at which the front sensor starts to contact the kth bubble to the point at which the front sensor leaves the bubble. Further, Δt FRk is a time during which the k-th bubble is in contact with the front sensor, that is, a residence time, and Vi (2k) is a velocity of the interface of the front hemisphere in the k-th bubble. That is, let V i (2k + 1) be the velocity at the interface of the rear hemisphere in the kth bubble, that is, the front sensor is the velocity at the point at which the front sensor starts to contact the kth bubble. Assuming the velocity at the point away from the kth bubble, D chk is expressed by the following equation.

Figure 0004918639
Figure 0004918639

また、数44において、θは、第k番目の気泡における前方側半球体の界面、つまり、第2k番目の界面での、局所的瞬間界面速度と局所瞬間界面法線方向単位ベクトルとのなす角度である。 In Equation 44, θ k is defined as the local instantaneous interface velocity and the local instantaneous interface normal direction unit vector at the interface of the front hemisphere in the k-th bubble, that is, the 2k-th interface. Is an angle.

以上より、3セットの4センサ・プローブによれば、(1)ボイド率、(2)気泡頻度、(3)多次元気泡流の界面面積濃度、(4)多次元気泡流の界面速度、および、(5)気泡直径、を測定することが可能である。すなわち、(1)ボイド率、(2)気泡頻度(3)、および多次元気泡流の界面面積濃度に関しては、4センサ・プローブと同様にして測定することができる。また、(4)多次元気泡流の界面速度、および、(5)気泡直径については、上記した方法によって求められる。   From the above, according to three sets of four-sensor probes, (1) void ratio, (2) bubble frequency, (3) interface area concentration of multidimensional bubble flow, (4) interface velocity of multidimensional bubble flow, and (5) Bubble diameter can be measured. That is, (1) void ratio, (2) bubble frequency (3), and interfacial area concentration of multidimensional bubble flow can be measured in the same manner as in the 4-sensor probe. Further, (4) the interfacial velocity of the multidimensional bubble flow and (5) the bubble diameter are determined by the above-described method.

(6センサ・プローブ)
以上に示した4センサ・プローブを3セット用いた界面速度測定法では、全部で12個のセンサが必要になる。ここで、センサを共用することを考慮すれば、センサを6つ備えた6センサ・プローブによって、上記と同様の解析処理を行うことが可能である。以下にこのことについて説明する。
(6 sensors / probes)
In the interface velocity measurement method using three sets of the four sensor probes described above, a total of 12 sensors are required. Here, considering that the sensor is shared, it is possible to perform the same analysis process as described above by using a 6-sensor probe including 6 sensors. This will be described below.

4センサ・プローブの中には、1(=C )セットの独立した4センサ・プローブが含まれる。ここで、さらに1つセンサを増やした5センサ・プローブには、4(=C )セットの4センサ・プローブが含まれることになる。しかしながら、センサが共有されていることが原因により、5センサ・プローブには、独立した4センサ・プローブが2セットしかないことになる。 Among the 4-sensor probes, 1 (= C 1 1 ) sets of independent 4-sensor probes are included. Here, the 5-sensor probe with one more sensor includes 4 (= C 3 4 ) sets of 4-sensor probes. However, due to the shared sensor, there are only two sets of four independent sensor probes for a five sensor probe.

5センサ・プローブに、さらに1つセンサを増やした6センサ・プローブには、10(=C )セットの4センサ・プローブが含まれることになる。この場合、上記と同様にセンサの共有を考慮すると、6センサ・プローブには独立した4センサ・プローブが3セット含まれることになる。すなわち、6センサ・プローブは、4センサ・プローブを3セット用いた界面速度測定法を実現することが可能である。 A 6-sensor probe obtained by adding one sensor to the 5-sensor probe includes 10 (= C 3 5 ) sets of 4-sensor probes. In this case, considering sensor sharing as described above, three sets of four independent sensor probes are included in the six sensor probes. That is, the 6-sensor probe can realize an interface velocity measurement method using 3 sets of 4 sensor probes.

ここで、6センサ・プローブにおいて、3セットの独立した4センサ・プローブを構成するための6つのセンサの選択方法について説明する。   Here, a method for selecting six sensors for constituting three sets of four independent sensor probes in the six sensor probe will be described.

まず、6つのセンサのそれぞれに0から5までの番号をつける。そして、0〜3の番号がつけられた4つのセンサをメイン4センサ・プローブとして選択する。これが1セットの独立した4センサ・プローブとなる。   First, a number from 0 to 5 is assigned to each of the six sensors. Then, four sensors numbered 0 to 3 are selected as main four-sensor probes. This is a set of four independent sensor probes.

次に、4の番号がつけられたセンサと、0〜3の番号がつけられた4つのセンサのうちの任意の3つのセンサとを、第2の4センサ・プローブとして選択する。この第2の4センサ・プローブの組み合わせのバリエーションは、4(=C )組存在する。 Next, the sensor numbered 4 and any three of the four sensors numbered 0-3 are selected as the second 4-sensor probe. There are 4 (= C 3 4 ) combinations of variations of the second 4-sensor probe combination.

次に、5番のセンサと、0〜4の番号がつけられた5つのセンサのうちの任意の3つのセンサとを、第3の4センサ・プローブとして選択する。この第3の4センサ・プローブの組み合わせのバリエーションは、10(=C )組存在する。 Next, sensor No. 5 and any three of the five sensors numbered 0-4 are selected as the third four-sensor probe. There are 10 (= C 3 5 ) combinations of combinations of the third four-sensor probes.

以上より、6センサ・プローブの中に3セットの独立した4センサ・プローブを選択するバリエーションの数は40(=C )となる。 From the above, the number of variations for selecting three sets of four independent sensor probes among the six sensor probes is 40 (= C 1 1 C 3 4 C 3 5 ).

なお、6センサ・プローブから選んだ3セットの4センサ・プローブそれぞれに対しては、基本行列式が0に等しくなってはいけないという条件がある。   Note that there is a condition that the basic determinant must not be equal to 0 for each of the three sets of four sensor probes selected from the six sensor probes.

図4は、6つのセンサS0〜S5を備えた6センサ・プローブにおける、各センサの配置状態の例を示している。同図において、センサS0の下端部がxyz座標空間における原点Oに位置した場合、センサS1〜S5の下端部の位置の例は、次のようになる。
センサS1:(0.35, 0, 0.8)
センサS2:(0.175, -0.3031, 0.4)
センサS3:(-0.175, -0.3031, 0.8)
センサS4:(-0.175, 0.3031, 0.8)
センサS5:(0.175, 0.3031, 0.4)
上記の座標において、単位はmmである。なお、各センサの配置状態は上記の例に限定されるものではない。
FIG. 4 shows an example of the arrangement state of each sensor in a 6-sensor probe provided with 6 sensors S0 to S5. In the figure, when the lower end of the sensor S0 is located at the origin O in the xyz coordinate space, examples of the positions of the lower ends of the sensors S1 to S5 are as follows.
Sensor S1: (0.35, 0, 0.8)
Sensor S2: (0.175, -0.3031, 0.4)
Sensor S3: (-0.175, -0.3031, 0.8)
Sensor S4: (-0.175, 0.3031, 0.8)
Sensor S5: (0.175, 0.3031, 0.4)
In the above coordinates, the unit is mm. The arrangement state of each sensor is not limited to the above example.

(気液二相流解析処理の流れ)
次に、6センサ・プローブによる上記測定システムにおける処理の流れについて、図1に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。なお、ここでは6センサ・プローブを用いた場合の例について説明するが、7〜12個のセンサを備えた3セットの4センサ・プローブを用いた構成でもほぼ同様の処理が行われる。
(Flow of gas-liquid two-phase flow analysis process)
Next, the flow of processing in the above measurement system using six sensors and probes will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. Although an example in the case of using 6 sensor probes will be described here, substantially the same processing is performed even in a configuration using 3 sets of 4 sensor probes each having 7 to 12 sensors.

まずステップ1(以降、単にS1のように称する)において、6つのセンサの中から3セットの独立した4センサ・プローブをどのように選択するかが決定される。この選択は上記したように行われる。なお、12個のセンサを備えた3セットの4センサ・プローブを用いた構成の場合、このステップは不要である。   First, in step 1 (hereinafter simply referred to as S1), it is determined how to select three sets of four independent sensor probes from the six sensors. This selection is performed as described above. Note that this step is not necessary in the case of a configuration using three sets of four-sensor probes having twelve sensors.

次にS2において、6つのセンサそれぞれにおける、他のセンサとの間の距離が算出される。この距離は、前記した数9によって算出される。なお、S1およびS2における処理は、当該測定システムにおける初期値設定処理に相当するものであるので、動作の度に行われる必要はなく、予め求められた値が例えば測定装置1に記憶されていればよい。   Next, in S2, the distance between each of the six sensors and the other sensors is calculated. This distance is calculated by Equation 9 described above. Note that the processing in S1 and S2 corresponds to the initial value setting processing in the measurement system, and therefore does not need to be performed every time the operation is performed. For example, the value obtained in advance may be stored in the measurement apparatus 1. That's fine.

次にS3において、実際に気液二相流中における6つのセンサによるセンシング処理が行われる。そして、S4において各センサによる測定結果がセンサ装置2から測定装置1へ伝送される。   Next, in S3, sensing processing is actually performed by the six sensors in the gas-liquid two-phase flow. In S <b> 4, the measurement results obtained by the sensors are transmitted from the sensor device 2 to the measurement device 1.

測定装置1が測定結果を受信すると、測定演算部5は、受信した測定結果に基づいてS5〜S9までの演算処理を行う。なお、S5〜S9までの処理は、この順番で行われる必要はなく、どの順番で行われてもよいし、並行に行われてもよい。また、必要とされる演算処理だけ行われるようになっていてもよい。   When the measurement apparatus 1 receives the measurement result, the measurement calculation unit 5 performs calculation processing from S5 to S9 based on the received measurement result. Note that the processing from S5 to S9 need not be performed in this order, and may be performed in any order, or may be performed in parallel. Further, only necessary arithmetic processing may be performed.

S5では、ボイド率の算出が行われる。このボイド率は、前記した数1に基づいて算出される。S6では、気泡頻度の算出が行われる。この気泡頻度は、前記した数2に基づいて算出される。S7では、界面面積濃度の算出が行われる。この界面面積濃度は、前記した数21に基づいて算出される。S8では、界面速度の算出が行われる。この界面速度は、前記した数29〜数31に基づいて算出される。S9では、気泡直径の算出が行われる。この気泡直径は、前記した数44に基づいて算出される。   In S5, the void ratio is calculated. This void ratio is calculated based on the above-described equation (1). In S6, the bubble frequency is calculated. The bubble frequency is calculated based on the above-described formula 2. In S7, the interfacial area concentration is calculated. This interfacial area concentration is calculated based on Equation 21 described above. In S8, the interface speed is calculated. This interface speed is calculated based on the above-described equations 29 to 31. In S9, the bubble diameter is calculated. The bubble diameter is calculated based on the above-described equation 44.

以上のようにして、ボイド率、気泡頻度、界面面積濃度、界面速度、および気泡直径が算出されると、その算出結果が測定結果として測定結果出力部6によって出力される。   When the void ratio, bubble frequency, interface area concentration, interface velocity, and bubble diameter are calculated as described above, the calculation results are output as measurement results by the measurement result output unit 6.

なお、上記実施形態の測定演算部5は、CPUなどの演算手段が、ROM(Read Only Memory)やRAMなどの記憶手段に記憶されたプログラムを実行することにより実現することができる。したがって、これらの手段を有するコンピュータが、上記プログラムを記録した記録媒体を読み取り、当該プログラムを実行するだけで、測定演算部5の各種機能および各種処理を実現することができる。また、上記プログラムをリムーバブルな記録媒体に記録することにより、任意のコンピュータ上で上記の各種機能および各種処理を実現することができる。   In addition, the measurement calculation part 5 of the said embodiment is realizable when calculation means, such as CPU, run the program memorize | stored in memory | storage means, such as ROM (Read Only Memory) and RAM. Therefore, the computer having these means can realize the various functions and various processes of the measurement calculation unit 5 simply by reading the recording medium storing the program and executing the program. In addition, by recording the program on a removable recording medium, the various functions and various processes described above can be realized on an arbitrary computer.

この記録媒体としては、マイクロコンピュータで処理を行うために図示しないメモリ、例えばROMのようなものがプログラムメディアであっても良いし、また、図示していないが外部記憶装置としてプログラム読取り装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することにより読取り可能なプログラムメディアであっても良い。   As this recording medium, a program medium such as a memory (not shown) such as a ROM may be used for processing by the microcomputer, or a program reader is provided as an external storage device (not shown). It may be a program medium that can be read by inserting a recording medium therein.

また、何れの場合でも、格納されているプログラムは、マイクロプロセッサがアクセスして実行される構成であることが好ましい。さらに、プログラムを読み出し、読み出されたプログラムは、マイクロコンピュータのプログラム記憶エリアにダウンロードされて、そのプログラムが実行される方式であることが好ましい。なお、このダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納されているものとする。   In any case, the stored program is preferably configured to be accessed and executed by the microprocessor. Furthermore, it is preferable that the program is read out, and the read program is downloaded to a program storage area of the microcomputer and the program is executed. It is assumed that this download program is stored in advance in the main unit.

また、インターネットを含む通信ネットワークを接続可能なシステム構成であれば、通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように流動的にプログラムを担持する記録媒体であることが好ましい。   In addition, if the system configuration is capable of connecting to a communication network including the Internet, the recording medium is preferably a recording medium that fluidly carries the program so as to download the program from the communication network.

さらに、このように通信ネットワークからプログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納しておくか、あるいは別な記録媒体からインストールされるものであることが好ましい。   Further, when the program is downloaded from the communication network as described above, it is preferable that the download program is stored in the main device in advance or installed from another recording medium.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

本発明に係る測定装置、測定方法、および測定システムは、気液二相流を利用する様々な工業装置における気液二相流の解析に利用することが可能である。このような工業装置としては、例えば、軽水型動力炉、蓄熱・冷凍・冷蔵システム、電子回路冷却システム、および、化学工業分野における気泡反応塔などが挙げられる。   The measuring device, measuring method, and measuring system according to the present invention can be used for analysis of gas-liquid two-phase flow in various industrial devices using gas-liquid two-phase flow. Examples of such industrial equipment include light water type power reactors, heat storage / freezing / refrigeration systems, electronic circuit cooling systems, and bubble reaction towers in the chemical industry.

本発明の一実施形態に係る測定システムにおける処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process in the measurement system which concerns on one Embodiment of this invention. 上記測定システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the said measurement system. 上記測定システムが備えるセンサ装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the sensor apparatus with which the said measurement system is provided. 6センサ・プローブにおける、各センサの配置状態の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the arrangement state of each sensor in 6 sensor probe. 同図(a)は、ダブルセンサ・プローブによる測定の概略を示す図であり、同図(b)は、2つのセンサからの出力信号の例を示す図である。FIG. 4A is a diagram showing an outline of measurement by a double sensor probe, and FIG. 4B is a diagram showing an example of output signals from two sensors. 4つのセンサによって界面の変化を検出する様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a mode that the change of an interface is detected by four sensors. 同図(a)は、界面法線方向成分の単位ベクトルを定義する角度を示す図であり、同図(b)および同図(c)は、界面の移動方向にと界面法線の向きとの関係を示す図である。FIG. 4A is a diagram showing angles defining unit vectors of the interface normal direction component. FIGS. 2B and 2C show the direction of the interface normal and the direction of the interface normal. It is a figure which shows the relationship. 独立した3セットの4センサ・プローブによって界面の測定を行う様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a mode that an interface is measured with three sets of 4 sensor probes which became independent.

符号の説明Explanation of symbols

1 測定装置
2 センサ装置
3 流路管
4 センサ出力受信部(出力受信部)
5 測定演算部(測定演算手段)
6 測定結果出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measuring apparatus 2 Sensor apparatus 3 Channel pipe 4 Sensor output receiving part (output receiving part)
5 Measurement calculation unit (measurement calculation means)
6 Measurement result output section

Claims (6)

気液二相流中に配置され、該気液二相流における気相および液相を検出するセンサからの出力信号を受信する出力受信部と、
上記出力受信部によって受信された出力信号に基づいて、上記気液二相流における気相と液相との間の界面に関する物理特性を算出する測定演算手段とを備え、
上記出力受信部が、少なくとも4つのセンサからなるセンサセットの少なくとも3セット分の出力信号を受信するとともに、各センサセットは互いに異なる組み合わせのセンサを含んでおり、
上記測定演算手段が、1セット分の上記センサセットの上記出力信号に基づいて得られる、互いに独立した上記界面の速度の法線方向成分と上記界面の法線方向の単位ベクトルを3セット分考慮するとともに、界面上の特定位置における測定可能速度の全てにおいて、それぞれの界面の法線方向成分の大きさは全て等しく、測定可能速度における界面の法線方向成分の大きさは、界面の速度の法線方向成分に等しくなる、という界面測定の法則を利用して、上記各センサセットにおける上記界面の局所的瞬間界面速度ベクトルを算出するとともに、
上記界面の速度が、界面とセンサとの接触過程においても一定であるという仮定に基づいて、上記各センサセットにおける上記界面の局所的瞬間界面速度ベクトルが互いに等しい、という関係を用いて、上記界面の3次元速度を算出することを特徴とする測定装置。
An output receiving unit that is disposed in the gas-liquid two-phase flow and receives an output signal from a sensor that detects a gas phase and a liquid phase in the gas-liquid two-phase flow;
Based on the output signal received by the output receiving unit, comprising a measurement calculation means for calculating physical characteristics relating to the interface between the gas phase and the liquid phase in the gas-liquid two-phase flow,
The output receiving unit receives output signals for at least three sets of sensor sets including at least four sensors, and each sensor set includes different combinations of sensors,
The measurement calculation means considers three sets of the normal component of the interface velocity and the unit vector in the normal direction of the interface obtained from the output signal of the sensor set for one set. In addition, in all the measurable velocities at a specific position on the interface, the magnitude of the normal component of each interface is the same, and the magnitude of the normal component of the interface in the measurable speed is the speed of the interface. Using the law of interface measurement to be equal to the normal direction component, calculate the local instantaneous interface velocity vector of the interface in each sensor set,
Based on the assumption that the velocity of the interface is constant in the contact process between the interface and the sensor, using the relationship that the local instantaneous interface velocity vectors of the interface in each sensor set are equal to each other, A three-dimensional velocity is calculated.
上記界面によって囲まれた気泡が球状であることを仮定して、上記界面の3次元速度に基づいて気泡の直径を算出することを特徴とする請求項1に記載の測定装置。 The measurement apparatus according to claim 1, wherein the diameter of the bubble is calculated based on a three-dimensional velocity of the interface assuming that the bubble surrounded by the interface is spherical. 少なくとも4つのセンサからなるセンサセットを少なくとも3セットと、
請求項1または2に記載の測定装置とを備え、
上記各センサセットは互いに異なる組み合わせのセンサを含んでいることを特徴とする測定システム。
At least three sensor sets comprising at least four sensors;
A measuring device according to claim 1 or 2 ,
Each of the sensor sets includes a different combination of sensors.
上記3セットのセンサセットが、6つのセンサによって構成されていることを特徴とする請求項記載の測定システム。 Measurement system according to claim 3, wherein the sensor set of the three sets is constituted by six sensors. 請求項1または2に記載の測定装置が備える測定演算手段が行う処理をコンピュータに実行させることを特徴とする測定プログラム。 Claim 1 or the measurement program characterized by executing the measuring operation means performs processing measuring apparatus has according to the computer 2. 請求項に記載の測定プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。 A computer-readable recording medium on which the measurement program according to claim 5 is recorded.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5907559B2 (en) * 2012-05-29 2016-04-26 一般財団法人電力中央研究所 3D velocity measurement system
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3018178B1 (en) * 1998-11-02 2000-03-13 工業技術院長 Method and apparatus for measuring bubbles using optical fiber probe
JP4643832B2 (en) * 2001-01-19 2011-03-02 学校法人日本大学 Multiphase state distribution measuring apparatus and multiphase state distribution measuring method
JP2004347580A (en) * 2003-05-23 2004-12-09 Hironari Kikura Ultrasonic sectional flow rate/flow velocity measurement device and method
JP2005292101A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Hironari Kikura Ultrasonic multiphase flow measurement device and ultrasonic multiphase flow measurement method

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