用于水平环状流液膜测量的电导探针传感器研究

摘要

气液两相环状流广泛存在于化工、石油和核能等工业领域，液膜特征与演化对很多工业过程的安全有效运行至关重要。因此，液膜参数的准确测量是进行相关研究的重要基础。本文基于电导测量原理，针对不同测量需求，设计了两种传感器，实现了水平管内气液两相环状流液膜厚度及波动速度的测量。主要工作如下： 1、设计了插入深度可调的探针传感器，提出了占空比加权平均算法，实现了液膜厚度的在线直接测量。对该方法的误差进行了理论分析，给出了插入深度增量与占空比统计时间的选择方法。通过计算分析，当插入深度增量为10μm，占空比统计时间为5s时，本文实验条件下的测量误差小于等于2%。在天津大学湿气装置上通过实验验证了该方法的可行性，实现了局部液膜平均厚度的在线实流直接测量。相比于间接法，本文提出的方法具有无需标定、测量结果不随电导率变化等优点。 2、设计了双平行电导探针阵列，针对探针间的信号耦合问题，通过仿真分析，确定了周向探针分时与轴向探针同时相结合的工作方式。结合相关测速方法，实现了周向液膜厚度分布以及周向波动速度分布的测量。实验结果表明：液膜厚度随着角度的增大而减小，周向波动速度随着角度的增大而基本不变。 3、利用电导探针阵列测得的水平管内气液两相流底部液膜厚度数据作进一步分析，观察到了界面波从波纹到扰动波的演化过程。结合相关测速方法，对环状流底部的不同高度区间的波动速度分别进行测量。实验结果表明：气液两相环状流中上区间的波动速度较快，下区间的波动速度较慢。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 两相流流型

1.3 环状流的研究现状

1.4 液膜特征参数测量方法

1.5 电导法

1.6 本文的主要研究工作

1.7 本文的组织结构

第2章 液膜参数测量的原理

2.1 电导法的测量原理

2.2 相关测速原理

第3章 液膜厚度的在线实流直接测量

3.1 传感器结构与测量电路

3.2 占空比加权液膜平均厚度计算方法与误差分析

3.3 实验装置与条件

3.4 实验参数与结果分析

第4章 周向液膜特征参数测量

4.1 环状流液膜形成机理

4.2 传感器结构

4.3 电导探针阵列的信号耦合分析及激励测量方式

4.4 激励测量方式的实现

4.5 实验装置与条件

4.6 实验过程与结果

第5章 界面波的演化及波动速度探究

5.1 界面波的分类及特点

5.2 界面波的实验研究

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢