四探頭電導(dǎo)探針制作方法及其在兩相流參數(shù)測量中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種四探頭電導(dǎo)探針制作方法及其在兩相流參數(shù)測量中的應(yīng)用，制作方法包括：單探頭探針處理與導(dǎo)電性檢驗；銅線處理與纏繞；單探頭探針絕緣處理；四個單探頭探針裝入定位孔板；四個單探頭探針裝入套筒里；套筒內(nèi)部注射絕緣漆；環(huán)氧樹脂固封；研磨探針尖部；后端電路連接；將電導(dǎo)探針插入管道中心處作為一個電極，金屬管道內(nèi)壁作為另一個電極，直流電源通過電阻與兩個電極相連，通過數(shù)據(jù)采集對電導(dǎo)探針上的相變信號進行提取與分析，測量并計算出兩相流局部界面面積濃度、空泡份額和界面速度。本發(fā)明對兩相流動中的空泡分額及界面面積濃度進行測量，不僅解決向前界面，而且也可測量后退界面，為深入了解兩相流動局部特性、完善兩流體模型提供參考。
【專利說明】四探頭電導(dǎo)探針制作方法及其在兩相流參數(shù)測量中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣液兩相流局部參數(shù)的測量，更具體的說，涉及一種測量氣液兩相流局部參數(shù)的四探頭電導(dǎo)探針的制作方法及其在兩相流參數(shù)測量裝置中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]氣液兩相流現(xiàn)象廣泛存在于核電、化工、石油運輸?shù)阮I(lǐng)域。對于兩相流系統(tǒng)，空泡份額和界面面積濃度(IAC)是最關(guān)鍵的2個參數(shù)。IAC表示單位體積內(nèi)兩相流中分界面的面積，表征了相間發(fā)生質(zhì)量、動量和能量傳輸?shù)挠行娣e，也是構(gòu)建兩流體模型的重要參數(shù)。
[0003]基于四頭探針探測IAC的原理，通過假定氣泡表面速度與主流方向的夾角不是常量，而是滿足二次形式的概率密度函數(shù)，可對雙頭探針的測量進行了改進，改進型的雙頭探針模型可以有效地測量出一維兩相流動中的IAC。但是，采用雙頭探針的測量是基于以下假設(shè):(1)氣泡表面速度可以通過兩探頭的距離和界面穿過兩個探頭的時間差來近似獲得；
(2)氣泡形狀是橢球的。雙探頭應(yīng)用于多維兩相流測量時，由于這些假設(shè)則使得測量的不確定性增加。
[0004]在不假定氣泡是橢球形和一維流動的情況下，早期的四頭探針方法可有效測量出一維兩相流的IAC，但未給出多維兩相測量中處理后退界面(即界面先觸到輔助探頭)的方法。因此，要實現(xiàn)多維兩相流中IAC的測量必須尋求解決前進界面和后退界面的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種四探頭電導(dǎo)探針制作方法及其在兩相流參數(shù)測量中的應(yīng)用，對豎直上升管中兩相流動中的空泡分額及界面面積濃度進行了測量，不僅可解決向前界面(即界面先觸前探頭)，而且也可測量后退界面，為深入了解兩相流動局部特性、完善兩流體模型提供參考。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種四探頭電導(dǎo)探針制作方法，包括步驟如下:
[0008]I)、單探頭探針處理與導(dǎo)電性檢驗；
[0009]2)、銅線處理與纏繞；
[0010]3 )、單探頭探針絕緣處理；
[0011]4)、四個單探頭探針裝入定位孔板；
[0012]5)、四個單探頭探針裝入套筒里；
[0013]6)、套筒內(nèi)部注射絕緣漆；
[0014]7)、環(huán)氧樹脂固封；
[0015]8)、研磨探針尖部；
[0016]9)、后?而電路連接。
[0017]所述步驟I)中單探頭探針處理方法是:取一根直徑為0.1mm的不銹鋼絲做探針電極，將不銹鋼絲一端研磨成楔狀尖部，然后將該端浸入腐蝕液中，在顯微鏡下測量尖部的直徑尺寸，直至達到10~30 μ m。
[0018]所述步驟3)中絕緣處理方法是:在單探頭探針的尖部涂覆采用Telfon制作的絕緣漆。
[0019]所述步驟4)中定位孔板的尺寸和孔位排布根據(jù)四探頭探針的尺寸和幾何排布不同而不同。
[0020]所述步驟5)中的套筒為不銹鋼套筒。
[0021]所述不銹鋼套筒呈90°彎角，其外徑為2.5mm。
[0022]一種四探頭電導(dǎo)探針在兩相流參數(shù)測量中的應(yīng)用，所述四探頭電導(dǎo)探針采用上述的制作方法制作而成，具體如下:
[0023]I)、在電導(dǎo)探針的測量電路中，將套筒接地，采用直流電路進行測量；
[0024]2)、為防止電導(dǎo)探頭上易產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)，將電導(dǎo)探頭插入管道中心處作為一個電極，金屬管道內(nèi)壁作為另一個電極，直流電源通過電阻Rs與兩個電極相連，其中電源正極與管道的內(nèi)壁相連，以減少探頭處的電化學(xué)腐蝕；
[0025]3)、采集電阻艮上的電壓信號，當(dāng)探針接觸液相時探針與管壁接通，電阻Rs上出現(xiàn)高電平；當(dāng)探針接觸氣相時，探針與管壁斷開，電阻Rs上出現(xiàn)低電平，根據(jù)探頭處液相和氣相的不斷交替產(chǎn)生與各種流型對應(yīng)的不同的響應(yīng)信號，經(jīng)過濾波和信號處理，通過數(shù)據(jù)采集對電導(dǎo)探針上的相變信 號進行提取與分析；
[0026]4)、當(dāng)主探頭處于信號上升沿時，即處于液相，若輔助探頭處于液相，輔助探頭中相關(guān)上升信號向前移動，若輔助探頭處于氣相，輔助探頭中相關(guān)下降信號向后移動；當(dāng)主探頭處于信號下降沿時，即處于氣相，若輔助探頭處于液相，輔助探頭中相關(guān)上升信號向后移動，若輔助探頭處于氣相，輔助探頭中相關(guān)下降信號向前移動；所有的探針摻入氣泡總是在一個固定的時間范圍的，三個輔助探頭的輸出信號上升或者下降總是非常接近主探頭信號的，則兩相流局部界面面積濃度a、空泡份額α和界面速度;；.分別由式(I)、式(2)和式(3)得出:
【權(quán)利要求】
1.一種四探頭電導(dǎo)探針制作方法，其特征在于，包括步驟如下: 1)、單探頭探針處理與導(dǎo)電性檢驗； 2)、銅線處理與纏繞； 3)、單探頭探針絕緣處理； 4)、四個單探頭探針裝入定位孔板； 5)、四個單探頭探針裝入套筒里； 6)、套筒內(nèi)部注 射絕緣漆； 7)、環(huán)氧樹脂固封； 8)、研磨探針尖部； 9)、后端電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四探頭電導(dǎo)探針制作方法，其特征在于，所述步驟I)中單探頭探針處理方法是:取一根直徑為0.1mm的不銹鋼絲做探針電極，將不銹鋼絲一端研磨成楔狀尖部，然后將該端浸入腐蝕液中，在顯微鏡下測量尖部的直徑尺寸，直至達到10~30 μ m0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四探頭電導(dǎo)探針制作方法，其特征在于，所述步驟3)中絕緣處理方法是:在單探頭探針的尖部涂覆采用Telfon制作的絕緣漆。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四探頭電導(dǎo)探針制作方法，其特征在于，所述步驟4)中定位孔板的尺寸和孔位排布根據(jù)四探頭探針的尺寸和幾何排布不同而不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四探頭電導(dǎo)探針制作方法，其特征在于，所述步驟5)中的套筒為不銹鋼套筒。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的四探頭電導(dǎo)探針制作方法，其特征在于，所述不銹鋼套筒呈90。彎角，其外徑為2.5mm。
7.一種四探頭電導(dǎo)探針在兩相流參數(shù)測量中的應(yīng)用，其特征在于，所述四探頭電導(dǎo)探針采用如權(quán)利要求1至6中任一所述的制作方法制作而成，具體如下: I )、在電導(dǎo)探針的測量電路中，將套筒接正極，采用直流電路進行測量； 2)、為防止電導(dǎo)探頭上易產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)，將電導(dǎo)探頭插入管道中心處作為一個電極，金屬管道內(nèi)壁作為另一個電極，直流電源通過電阻Rs與兩個電極相連，其中電源正極與管道的內(nèi)壁相連，以減少探頭處的電化學(xué)腐蝕； 3)、采集電阻&上的電壓信號，當(dāng)探針接觸液相時探針與管壁接通，電阻Rs上出現(xiàn)高電平；當(dāng)探針接觸氣相時，探針與管壁斷開，電阻Rs上出現(xiàn)低電平，根據(jù)探頭處液相和氣相的不斷交替產(chǎn)生與各種流型對應(yīng)的不同的響應(yīng)信號，經(jīng)過濾波和信號處理，通過數(shù)據(jù)采集對電導(dǎo)探針上的相變信號進行提取與分析； 4)、當(dāng)主探頭處于信號上升沿時，即處于液相，若輔助探頭處于液相，輔助探頭中相關(guān)上升信號向前移動，若輔助探頭處于氣相，輔助探頭中相關(guān)下降信號向后移動；當(dāng)主探頭處于信號下降沿時，即處于氣相，若輔助探頭處于液相，輔助探頭中相關(guān)上升信號向后移動，若輔助探頭處于氣相，輔助探頭中相關(guān)下降信號向前移動；所有的探針摻入氣泡總是在一個固定的時間范圍的，三個輔助探頭的輸出信號上升或者下降總是非常接近主探頭信號的，則兩相流局部界面面積濃度a、空泡份額α和界面速度;;分別由式(I)、式(2)和式(3)得出:
【文檔編號】G01N27/00GK103954653SQ201410177777
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】匡波, 范云良, 王凡, 唐琪, 劉鵬飛, 唐超力, 朱晨, 黨春輝 申請人:上海交通大學(xué)