光學探針法測量兩相流局部界面參數裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術的目的在于提供光學探針法測量兩相流局部界面參數裝置，包括激光源、光電轉換及放大裝置、光學探針、探針定位及驅動機構，激光源、探針定位及驅動機構分別布置在光電轉換及放大裝置的兩側，光學探針安裝在探針定位及驅動機構上，激光源、光電轉換及放大裝置、光學探針、探針定位及驅動機構組成光路，光學探針置于被測流體里。本實用新型專利技術通過系統和設備的合理設計使實驗裝置可以實時準確的采集兩相流系統中局部界面參數，光學探針采用平端面探頭，制作工藝簡單，造價低廉；采用耐高溫膠密封則可將探針用于沸騰通道內局部界面參數的測量，實現裝置多用。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及的是一種熱工水力及多相流局部參數測量
的測量裝置。
技術介紹
氣(汽)液兩相流動廣泛的存在于熱能動力工程、油氣運輸、化學工程及核工程等實際工業過程中。水管鍋爐、核動力反應堆及蒸汽發生器、鼓泡式化學反應器等設備的設計和運行都離不開兩相流動與沸騰傳熱的理論指導。世界上工業強國都曾先后投入了大量的人力物力進行兩相流熱工水力實驗研究，不斷地對兩相流測量技術進行改進。早期的研究主要針對流量、壓降、溫度、流型及平均空泡份額等總體參量，近似認為氣液兩相沿徑向位置均勻分布或者采用一定的假設獲得一些參數的截面平均值。然而隨著人類對兩相流動本質的認識及測試技術的發展，研究表明兩相流體系中氣相或者氣液交界面沿徑向位置并非均勻分布。相界面參數的非均勻分布會導致局部傳熱傳質能力的變化，在流動沸騰中甚至帶來局部傳熱惡化，從而給兩相流動及沸騰傳熱相關設備的設計及運行帶來困難，因此必須深入對兩相流系統內部結構進行研究。 通過科學實驗對科學假設進行驗證從而建立起新的理論是科學研究的必經之路。目前兩相流動及沸騰傳熱機理研究尚不成熟，主要通過實驗獲取經驗關系式以指導工程應用。隨著人類實驗技術的進步，相關研究從宏觀總體參量細化到局部界面參數。準確獲得兩相流系統中氣液界面參數，如空泡份額，氣泡頻率，界面面積濃度及氣泡當量直徑等的分布特性，對研究兩相流動與沸騰機理有重要意義。同時兩流體模型是目前公認的最接近實際物理過程的兩相流模型，但兩流體模型中構筑界面輸運方程的重要參數一界面面積濃度目前也需通過實驗獲取，因此，準確測量兩相流界面面積濃度也是兩流體模型能否取得實際工程應用的關鍵。對界面面積額濃度及空泡份額的測量有高速攝影法、化學方法、射線衰減法及探針法等，其中前三種屬于平均量測量方法，只能獲取截面平均值，不能給出徑向局部界面濃度分布。而且當氣泡比較密集時，由于相互遮擋，高速攝像法及射線衰減法等精度無法保證。探針法是目前被廣泛用于局部界面參數測量的方法，主要分為兩類一類是電導探針法(如Zhao D J, Guo L J, Lin C Z, et al. An experimental study on localinterfacial area concentration using a double-sensor probe. Int. J. Heat MassTransfer 48 (2005) 1926-1935 ;Kim S，Ishii M, Wu Q et al. Interfacial structures ofconfined air-water two-phase bubbly flow. Experimental Thermal Fluid Science26 (2002) 461-472)，這類實驗裝置采用的電導探針制作工藝復雜，探針頭部絕緣技術尚不成熟，而且采用電信號辨別容易受到外部電磁場的干擾，給測量帶來困難；另一類是光學探針方法(如Barrau E，Riviere N，Poupot C，et al. Single and double optical probesin air-water two-phase flows real time signal processing an sensor performance.Int. J. Multiphase Flow. 25 (1999) 229-256 ;孫奇，趙華，楊瑞昌.靜止液相中氣泡上升過程的分布特性[J]化工學報，2003，54 (9) :1310-1314)，這類實驗裝置釆用的光學探針響應頻率高，抗干擾能力強，但也有不足之處，主要表現為錐面光纖探頭制作工藝復雜，需從專門的制作廠家購買，而此類光纖使用壽命較短、造價昂貴，給研究帶來巨大的經濟壓力。同時大通道內兩相流動試驗臺架一般都比較高大，調節光學探針時，如何做到精確的定位及移動，如何實現遠程控制和多路光電信號的同步轉化等都是需要解決的問題。因此以上提到的探針測量方法不適合大量推廣使用。
技術實現思路
本技術的目的在于提供實現對兩相流局部界面參數準確測量的光學探針法測量兩相流局部界面參數裝置。本技術的目的是這樣實現的本技術光學探針法測量兩相流局部界面參數裝置，其特征是包括激光源、光 電轉換及放大裝置、光學探針、探針定位及驅動機構，激光源、探針定位及驅動機構分別布置在光電轉換及放大裝置的兩側，光學探針安裝在探針定位及驅動機構上，激光源、光電轉換及放大裝置、光學探針、探針定位及驅動機構組成光路，光學探針置于被測流體里。本技術還可以包括I、所述的光電轉換及放大裝置包括Y型光纖耦合器、光電轉化器、放大器，所述的Y型光纖耦合器包括第一-第四Y型光纖耦合器，每個Y型光纖耦合器為一個輸入端兩個輸出端，第一 Y型光纖耦合器的輸出端置于第二、第三Y型光纖耦合器輸入端前，第四Y型光纖率禹合器第一輸出端面向第二光纖I禹合器第一輸出端設置，第四Y型光纖I禹合器第二輸出端面向光電轉化器布置，第四Y型光纖耦合器輸入端面向光學探針、探針定位及驅動機構組成的機構布置，光電轉化器連接放大器，放大器連接用于采集信號的數據采集系統。2、還包括第五Y型光纖耦合器，所述的光學探針和探針定位及驅動機構有兩組，第四Y型光纖耦合器與第一組光學探針和探針定位及驅動機構配合形成第一機構，第五Y型光纖耦合器與第二組光學探針和探針定位及驅動機構配合形成第二機構，第五Y型光纖率禹合器的第一輸出端面向第二光纖I禹合器的第二輸出端設置，第五Y型光纖I禹合器的第二輸出端面向光電轉化器布置。3、還包括第五、第六Y型光纖耦合器，所述的光學探針和探針定位及驅動機構有三組；第四Y型光纖耦合器與第一組光學探針和探針定位及驅動機構配合形成第一機構，第五Y型光纖耦合器與第二組光學探針和探針定位及驅動機構配合形成第二機構，第六Y型光纖耦合器與第三組光學探針和探針定位及驅動機構配合形成第三機構；第五Y型光纖率禹合器的第一輸出端面向第二光纖I禹合器的第二輸出端設置，第五Y型光纖I禹合器的第二輸出端面向光電轉化器布置；第六Y型光纖I禹合器的第一輸出端面向第三光纖I禹合器的第一輸出端設置，第六Y型光纖I禹合器的第二輸出端面向光電轉化器布置。4、還包括第五-第七Y型光纖耦合器，所述的光學探針和探針定位及驅動機構有四組；第四Y型光纖耦合器與第一組光學探針和探針定位及驅動機構配合形成第一機構，第五Y型光纖耦合器與第二組光學探針和探針定位及驅動機構配合形成第二機構，第六Y型光纖耦合器與第三組光學探針和探針定位及驅動機構配合形成第三機構，第七Y型光纖耦合器與第四組光學探針和探針定位及驅動機構配合形成第四機構；第五Y型光纖耦合器的第一輸出端面向第二光纖I禹合器的第二輸出端設置，第五Y型光纖I禹合器的第二輸出端面向光電轉化器布置;第六Y型光纖I禹合器的第一輸出端面向第三光纖I禹合器的第一輸出端設置，第六Y型光纖耦合器的第二輸出端面向光電轉化器布置，第七Y型光纖耦合器的第一輸出端面向第三光纖I禹合器的第二輸出端設置，第七Y型光纖I禹合器的第二輸出端面向光電轉化器布置。5、所述的光學探針有四層不銹鋼管、且沿著主流方向直徑逐級增大，最外層不銹鋼管作為探針主體支撐垂直于流體流本文檔來自技高網...

【技術保護點】
光學探針法測量兩相流局部界面參數裝置，其特征是：包括激光源、光電轉換及放大裝置、光學探針、探針定位及驅動機構，激光源、探針定位及驅動機構分別布置在光電轉換及放大裝置的兩側，光學探針安裝在探針定位及驅動機構上，激光源、光電轉換及放大裝置、光學探針、探針定位及驅動機構組成光路，光學探針置于被測流體里。

【技術特征摘要】
1.光學探針法測量兩相流局部界面參數裝置，其特征是包括激光源、光電轉換及放大裝置、光學探針、探針定位及驅動機構，激光源、探針定位及驅動機構分別布置在光電轉換及放大裝置的兩側，光學探針安裝在探針定位及驅動機構上，激光源、光電轉換及放大裝置、光學探針、探針定位及驅動機構組成光路，光學探針置于被測流體里。2.根據權利要求I所述的光學探針法測量兩相流局部界面參數裝置，其特征是所述的光電轉換及放大裝置包括Y型光纖耦合器、光電轉化器、放大器，所述的Y型光纖耦合器包括第一-第四Y型光纖耦合器，每個Y型光纖耦合器為一個輸入端兩個輸出端，第一 Y型光纖I禹合器的輸出端置于第二、第三Y型光纖I禹合器輸入端前,第四Y型光纖I禹合器第一輸出端面向第二光纖I禹合器第一輸出端設置，第四Y型光纖I禹合器第二輸出端面向光電轉化器布置，第四Y型光纖耦合器輸入端面向光學探針、探針定位及驅動機構組成的機構布置，光電轉化器連接放大器，放大器連接用于采集信號的數據采集系統。3.根據權利要求2所述的光學探針法測量兩相流局部界面參數裝置，其特征是還包括第五Y型光纖耦合器，所述的光學探針和探針定位及驅動機構有兩組，第四Y型光纖耦合器與第一組光學探針和探針定位及驅動機構配合形成第一機構，第五Y型光纖耦合器與第二組光學探針和探針定位及驅動機構配合形成第二機構，第五Y型光纖耦合器的第一輸出端面向第二光纖I禹合器的第二輸出端設置，第五Y型光纖I禹合器的第二輸出端面向光電轉化器布置。4.根據權利要求2所述的光學探針法測量兩相流局部界面參數裝置，其特征是還包括第五、第六Y型光纖耦合器，所述的光學探針和探針定位及驅動機構有三組；第四Y型光纖耦合器與第一組光學探針和探針定位及驅動機構配合形成第一機構，第五Y型光纖耦合器與第二組光學探針和探針定位及驅動機構配合形成第二機構，第六Y型光纖耦合器與第三組光學探針和探針定位及驅動機構配合形成第三機構；第五Y型光纖耦合器的第一輸出端面向第二光纖I禹合器的第二輸出端設置，第五Y型光纖I禹合器的第二輸出端面向光電轉化器布置；第六Y型光纖I禹合器的第一輸出端面向第三光纖I禹合器的第一輸出端設置,第六Y型光纖I禹合器的第二輸出端面向光電轉化器布置。5.根據權利要求2所述的光學探針法測量兩相流局部界面參數裝置，其特征是還包括第五-第七Y型光纖耦合器，所述的光學探針和探針定位及驅動機構有四組；第四Y型光纖耦合器與第一組光學探針和探針定位及驅動機構配合形...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫立成，幸奠川，苑立波，楊軍，閻昌琪，孫中寧，曹夏昕，王建軍，田道貴，孫波，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：實用新型
國別省市：