静止液相中气泡上升过程的分布特性

　　引　言

　　两相流动现象在石油、化工、冶金、动力以及原子能等工业中普遍存在.然而两相流动体系极为复杂,要认清其现象规律,建立合理的模型对其流动特性进行准确的预测分析,首先要解决的便是两相流测量技术问题.

　　早期人们对两相流的测量与研究主要针对总体参数,如截面平均空泡率.实际上,对于流道内相同截面平均参数的两相流动,可能其气泡的径向分布不同,这将产生不同的两相流动形态,进而对传热以及摩擦压降等产生不同的影响.近年来,随着计算机功能的日渐强大,已可以提供对两相流更加精细的计算,两相流模型也由最初的均相流模型发展到目前更加精确的多维两流体模型.为实现两相流的多维计算,掌握两相流局部参数的空间分布特性就显得极为迫切,而两相流局部参数的测量也成为两相流研究领域的一个热点.

　　目前用于两相流局部参数测量的手段主要有光学探针、电阻探针、热线风速仪、相指示微型热电偶等,其中光学探针与电阻探针应用最为广泛.本文采用双探头光学探针对垂直圆管内静止液相中气泡上升过程的径向分布特性进行了测量与研究,得出了空泡率、气泡速度、气泡频率以及局部气泡数密度的空间分布特性.

　　目前用于两相流局部参数测量的手段主要有光学探针、电阻探针、热线风速仪、相指示微型热电偶等,其中光学探针与电阻探针应用最为广泛.本文采用双探头光学探针对垂直圆管内静止液相中气泡上升过程的径向分布特性进行了测量与研究,得出了空泡率、气泡速度、气泡频率以及局部气泡数密度的空间分布特性.

　　1　光学探针测量方法

　　本次实验采用中国核动力研究设计院空泡物理和自然循环重点实验室由法国引进的RBI双探头光学探针.探针系统由5部分组成,分别是RBI双探头光学探针、光电转换模块、数字示波器HP54600B、信号采集及处理系统、计算机及计算软件.其中,光学探针探头敏感端直径40μm,上下游探头轴向距离1·35 mm.

　　1·1　光学探针测量原理

　　光学探针的测量原理是利用两相介质不同的折射率来对探头处的相信号进行判断.如图1所示,当光学探头周围为液相时,其折射率n2大于光纤(石英)折射率n1,因此大部分入射光在界面上发生折射,进入液相;当探头周围为气相时,由于气相折射率n3小于光纤(石英)折射率n1,大部分入射光在界面处发生反射,回到光纤(石英)内.光学探针探头处介质的改变使反射光强度发生变化,经光电转换,强、弱反射光分别对应高、低电平值,分别代表气、液相.

　　1·2　局部空泡率计算