基于四组近红外探测装置的气液两相流相含率检测技术研究

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气液两相流广泛存在于动力设备、核反应堆、石油化工、航天、余热利用、节能装置、制冷等领域中。在两相管流的四种类型(气液、气固、液液以及液固)中,气液两相流是最复杂的。这是由于气液两相流中存在可变形的界面,其中的气相具有高度可压缩性,不同的相含率比率可以变换成不同的流型,因此,截面相含率是最重要的两相流动参数,也是气液两相流研究的热点。传统的相含率检测方法是基于电学原理,利用介电常数的转换,性价比低,已经不能满足在线测量的需求,因此本文利用近红外光谱吸收技术对气液两相流中相含率进行检测。近红外光是一种介于可见光(VIS)和中红外光(IR)之间的电磁波,在气液两相流中,气和水都有各自的特征吸收峰。在不同的流型下,在特定波长下,能够很好的区分气液两相。课题主要是设计了利用近红外光谱技术监测相含率的测量系统。设计了一种不透光的带四组发射和接收的8孔实验管道。选用980nm的发射光源以及对应的红外吸收探测器,分别位于管道的两侧,近红外光信号穿过管道内的气液两相流透射出去后被近红外接收装置所接收,近红外接收装置从所接收到的近红外光信号中提取光强信号,并把所提取的光强信号转换为感应电压信号后输出。用高频数据采集卡对数据进行采集,实现四组探头不同流型下不同位置的同时测量,而且在做实验的过程中加入了高速摄录机,能够将流型动态清晰直观的展现在面前,能够更好的理解气液两相在不同流型下的气液分布情况。实验对水平管道的三个流型泡状流、分层流、环状流分别做了动态实验,得到在不同流型下、不同工况点、不同位置动态输出电压值,并将电压值与稳态初始值做比值,根据不同比值的特点,可以直观的区分出流型。对水平流向的三个流型分别进行相含率拟合,泡状流的最大误差在±0.25%,分层流的最大误差在±18%,环状流的最大误差在±6%。
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