本發(fā)明涉及一種環(huán)狀流液滴濃度分布的測量方法，具體涉及一種矩形通道內(nèi)環(huán)狀流氣芯中液滴分布測量方法和裝置。

背景技術(shù)：

氣液兩相流體在絕熱或者加熱管道中流動時，因壓力、流量、熱流密度和管道形狀的不同會出現(xiàn)各種氣液兩相分布形式，簡稱流型。環(huán)狀流是氣液兩相流非常常見的一種流型。在這種流型中，液相沿管壁呈膜狀流動，而氣相在流道芯部流動，并且在氣流中含有被氣體從液膜帶走的細小液滴。在加熱管道中，沿流動方向上液膜被逐漸蒸發(fā)，氣芯中的液滴也有部分沉積在液膜上。當液膜蒸發(fā)量、液滴在液膜上的沉積量總和使得液膜流量為零時加熱壁面不能得到有效冷卻，就會出現(xiàn)干涸型燒毀，出現(xiàn)加熱壁面干涸型燒毀時的熱流密度稱為臨界熱流密度。干涸型燒毀臨界熱流密度與液膜的厚度、液滴濃度等參數(shù)息息相關(guān)。

環(huán)狀流氣流中液滴的濃度分布不僅與液膜厚度、液相流速、氣相流速等因素有關(guān)，而且與流道的形狀、流動方向等因素有關(guān)。尤其在傾斜或者水平流動中，在重力的作用下液滴傾斜于分布在流道下部。目前測量環(huán)狀流中僅測量了氣芯中液滴的總濃度，為了提高干涸型臨界熱流密度模型的預(yù)測能力，尤其是傾斜和水平流道的干涸型臨界熱流密度模型，非常有必要測量環(huán)狀流氣芯中液滴分布的方法，獲得氣芯中液滴的分布特性，發(fā)展環(huán)狀流液滴分布機理模型，從而優(yōu)化干涸型臨界熱流密度計算分析模型。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是測量環(huán)狀流氣芯中液滴分布，目的在于提供一種矩形通道內(nèi)環(huán)狀流氣芯中液滴分布測量方法和裝置，解決矩形通道內(nèi)環(huán)狀流氣芯中液滴分布的測量難題，獲得氣芯中液滴的分布特性，發(fā)展環(huán)狀流液滴分布機理模型，從而優(yōu)化干涸型臨界熱流密度計算分析模型。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種矩形通道內(nèi)環(huán)狀流氣芯中液滴分布測量方法和裝置，包括液相控制裝置和氣相控制裝置，液相控制裝置由依次連接的液相供應(yīng)裝置、液相流量調(diào)節(jié)閥和液相流量測量裝置組成，氣相控制裝置由依次連接的氣相供應(yīng)裝置、氣相流量調(diào)節(jié)閥、氣相流量測量裝置組成，還包括與液相控制裝置和氣相控制裝置相連的矩形流道，矩形流道上設(shè)置有液膜流量測量裝置，矩形流道還連接有液滴收集和測量裝置。液相供應(yīng)裝置可以采用自來水和加熱水箱來提供不同溫度、流速的水。氣相供應(yīng)裝置可以采用空壓機和加熱器來提供不同溫度、流速的空氣。通過調(diào)節(jié)液相流量調(diào)節(jié)閥和氣相流量調(diào)節(jié)閥的開度可以調(diào)節(jié)液相和氣相的流量。液相流量測量裝置和可以氣相流量測量裝置采用文丘里流量計、V錐流量計或者質(zhì)量流量計。液相供應(yīng)裝置產(chǎn)生的水經(jīng)液相流量調(diào)節(jié)閥和液相流量測量裝置后，與氣相供應(yīng)裝置產(chǎn)生的空氣進行混合，然后進入矩形流道。通過調(diào)節(jié)液相流量調(diào)節(jié)閥和氣相流量測量裝置可以使矩形流道出現(xiàn)不同液膜厚度、液滴濃度分布的環(huán)狀流流型。通過在矩形流道上設(shè)置液膜流量測量裝置和液滴收集和測量裝置，測量矩形流道內(nèi)不同液膜厚度、液滴濃度的分布。

所述矩形流道由金屬矩形流道、設(shè)置在金屬矩形流道上的溢流孔以及與溢流孔對應(yīng)的液膜收集容器組成，所述液膜流量測量裝置與液膜收集容器相連。矩形流道主要由金屬矩形流道、溢流孔和液膜收集容器構(gòu)成。金屬矩形流道可以根據(jù)板式換熱器、核反應(yīng)堆板式燃料元件的流道結(jié)構(gòu)做出不同長寬比的結(jié)構(gòu)。氣液兩相流在矩形流道內(nèi)流動時，液膜沿金屬矩形流道流動，氣體夾帶液滴在矩形流道中間流動。在金屬矩形流道出口設(shè)計了7排溢流孔。溢流孔離出口不能太遠，也不能太近5～10mm較佳。當溢流孔遠離金屬矩形流道出口會導(dǎo)致出口的液滴濃度分布發(fā)生變化。如果溢流孔離出口太近，液膜厚度較厚時，液膜不能全部從溢流孔排出就會影響液滴濃度分布測量結(jié)果。液膜從溢流孔流出后進入液膜收集容器。液膜收集容器出口與液膜流量測量裝置相連。液膜流量測量裝置可以采用量筒、量杯進行測量單位時間內(nèi)的液體質(zhì)量獲得液膜流量

所述液滴收集和測量裝置主要由分離格柵、不銹鋼絲網(wǎng)和液滴收集器構(gòu)成。柵格旁邊兩邊為液滴收集器，一個分離柵格旁邊為獨立的液滴收集器，液滴收集和測量裝置主要由分離格柵、不銹鋼絲網(wǎng)和液滴收集器構(gòu)成。經(jīng)分離格柵隔離后的氣水兩相混合物通過不銹鋼絲網(wǎng)后，空氣從網(wǎng)孔離開液滴收集和測量裝置，液滴積在不銹鋼絲網(wǎng)下表面，在重力的作用下沿不銹鋼絲網(wǎng)表面流入液滴收集器。

一種適用于矩形通道環(huán)狀流液滴分布的方法，包括以下依次進行的步驟：

A、在矩形通道設(shè)置的溢流孔對環(huán)狀流的液膜與氣芯進行分離；

B、對步驟A中分離出的氣芯，采用分離格柵對氣芯進行分區(qū)隔離；

C、對步驟B中進行隔離后的氣芯，測量每個區(qū)域的液滴流量，計算液滴的分布。通過調(diào)節(jié)液相流量調(diào)節(jié)閥和氣相流量測量裝置可以使矩形流道出現(xiàn)不同液膜厚度、液滴濃度分布的環(huán)狀流流型。通過在矩形流道上設(shè)置液膜流量測量裝置和液滴收集和測量裝置，測量矩形流道內(nèi)不同液膜厚度、液滴濃度的分布。

采用液滴收集和測量裝置可以將液滴從氣芯中分離，且不影響液滴的測量結(jié)果。經(jīng)分離格柵隔離后的氣水兩相混合物通過不銹鋼絲網(wǎng)后，空氣從網(wǎng)孔離開液滴收集和測量裝置，液滴積在不銹鋼絲網(wǎng)下表面，在重力的作用下沿不銹鋼絲網(wǎng)表面流入液滴收集器；通過測量液滴收集器液滴收集量來獲得各隔離通道內(nèi)液滴的分布。綜合液相流量測量裝置測得的液相總流量、液膜流量測量裝置測得的液膜流量和液滴收集器測得的液滴流量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)各液滴收集器測得的液滴流量總和與液相總流量減液膜流量的差值的偏差在10％以內(nèi)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明一種矩形通道內(nèi)環(huán)狀流氣芯中液滴分布測量方法和裝置，可以準確測量矩形通道內(nèi)環(huán)狀流汽芯中液滴的分布特性；

2、本發(fā)明一種矩形通道內(nèi)環(huán)狀流氣芯中液滴分布測量方法和裝置，可以通過現(xiàn)有設(shè)備的改進實現(xiàn)，成本低；

3、本發(fā)明一種矩形通道內(nèi)環(huán)狀流氣芯中液滴分布測量方法和裝置，安裝方便，使用簡單。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明矩形流道結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明液滴收集和測量裝置示意圖；

圖4為本發(fā)明液滴收集和測量裝置示意圖。

附圖中標記及對應(yīng)的零部件名稱：

1-液相供應(yīng)裝置，2-液相流量調(diào)節(jié)閥，3-液相流量測量裝置，4-氣相供應(yīng)裝置，5-氣相流量調(diào)節(jié)閥，6-氣相流量測量裝置，7-矩形流道，8-液膜流量測量裝置，9-液滴收集和測量裝置，10-金屬矩形流道，11-溢流孔，12-液膜收集容器，13-分離格柵，14-不銹鋼絲網(wǎng)，15-液滴收集器。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例

如圖1至4所示，本發(fā)明一種矩形通道內(nèi)環(huán)狀流氣芯中液滴分布測量方法和裝置，液相供應(yīng)裝置1可以采用自來水和加熱水箱來提供不同溫度、流速的水。氣相供應(yīng)裝置4可以采用空壓機和加熱器來提供不同溫度、流速的空氣。通過調(diào)節(jié)液相流量調(diào)節(jié)閥2和氣相流量調(diào)節(jié)閥5的開度可以調(diào)節(jié)液相和氣相的流量。液相流量測量裝置3和可以氣相流量測量裝置6采用文丘里流量計、V錐流量計或者質(zhì)量流量計。液相供應(yīng)裝置1產(chǎn)生的水經(jīng)液相流量調(diào)節(jié)閥2和液相流量測量裝置3后，與氣相供應(yīng)裝置4產(chǎn)生的空氣進行混合，然后進入矩形流道7。通過調(diào)節(jié)液相流量調(diào)節(jié)閥2和氣相流量測量裝置6可以使矩形流道7出現(xiàn)不同液膜厚度、液滴濃度分布的環(huán)狀流流型。矩形流道7的結(jié)構(gòu)如圖2所示。矩形流道7主要由金屬矩形流道10、溢流孔11和液膜收集容器12構(gòu)成。金屬矩形流道10可以根據(jù)板式換熱器、核反應(yīng)堆板式燃料元件的流道結(jié)構(gòu)做出不同長寬比的結(jié)構(gòu)。氣液兩相流在矩形流道內(nèi)流動時，液膜沿金屬矩形流道10流動，氣體夾帶液滴在矩形流道7中間流動。在金屬矩形流道10出口設(shè)計了7排溢流孔11。溢流孔11離出口不能太遠，也不能太近5～10mm較佳。當溢流孔11遠離金屬矩形流道10出口會導(dǎo)致出口的液滴濃度分布發(fā)生變化。如果溢流孔11離出口太近，液膜厚度較厚時，液膜不能全部從溢流孔11排出就會影響液滴濃度分布測量結(jié)果。液膜從溢流孔11流出后進入液膜收集容器12。液膜收集容器12出口與液膜流量測量裝置8相連。液膜流量測量裝置8可以采用量筒、量杯進行測量單位時間內(nèi)的液體質(zhì)量獲得液膜流量。液滴收集和測量裝置9主要由分離格柵13、不銹鋼絲網(wǎng)14和液滴收集器構(gòu)成。針對矩形通道7寬窄邊的不同，設(shè)計了兩種分離格柵13、不銹鋼絲網(wǎng)14和液滴收集器15。圖3和圖4分別為窄和寬邊液滴分布測量的液滴收集和測量裝置9示意圖。圖3顯示流窄邊方向進道分離格柵13將矩形流道7出口截面上的液滴沿行分離，通過測量各分隔區(qū)域的液滴質(zhì)量流量來測量矩形通道氣芯中液滴濃度沿窄邊的分布。經(jīng)分離格柵13隔離后的氣水兩相混合物通過不銹鋼絲網(wǎng)14后，空氣從網(wǎng)孔離開液滴收集和測量裝置9，液滴積在不銹鋼絲網(wǎng)14下表面，在重力的作用下沿不銹鋼絲網(wǎng)14表面流入液滴收集器15。不銹鋼絲網(wǎng)14的傾斜角度最好在45度至70度之間，傾斜角度太小液滴匯集聚集成大液滴后直接下落影響測量結(jié)果，傾斜角度太大不易保證不銹鋼絲網(wǎng)14的平整性，從而影響液滴往液滴收集器15的流動。不銹鋼絲網(wǎng)14至少應(yīng)到達100目，這樣才能使絕大部分液滴不會被空氣帶出液滴收集和測量裝置9。通過測量液滴收集器15液滴收集量來獲得各隔離通道內(nèi)液滴的分布。綜合液相流量測量裝置3測得的液相總流量、液膜流量測量裝置8測得的液膜流量和液滴收集器15測得的液滴流量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)各液滴收集器15測得的液滴流量總和與液相總流量減液膜流量的差值的偏差在10％以內(nèi)。根據(jù)各液滴收集器15測得的液滴流量可以得到環(huán)狀流中液滴濃度沿窄邊方向的分布。圖4顯示分離格柵13將矩形流道7出口截面上的液滴沿寬邊方向進行分離，通過測量各分隔區(qū)域的液滴質(zhì)量流量來測量矩形通道氣芯中液滴濃度沿寬邊的分布。在相同試驗參數(shù)條件下，即入口液相流量、溫度；入口空氣流量、溫度均相同，采用窄邊液滴分布測量裝置測量矩形通道環(huán)狀流氣芯中液滴沿窄邊的分布，采用寬邊液滴分布測量裝置測量矩形通道環(huán)狀流氣芯中液滴沿寬邊的分布，綜合寬窄邊的測量結(jié)果可以得到矩形通道環(huán)狀流氣芯中液滴的分布。改變矩形流道7的傾斜角度，可以獲得不同傾斜角度條件下矩形通道環(huán)狀流氣芯中液滴的分布。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。