Способ определения соотношения фаз двухфазных сред

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является непосредственное определение величины массового расходного паросодержания двухфазных потоков среды. Способ определения сплошности двухфазных сред заключается в пропускании исследуемого потока через высокочастотный датчик сплошности, измерении его резонансной частоты и давления среды, по которым определяют сплошность потока а и плотности рп ,/Эж пара и жидкости, исследуемый по- . ток пропускают через датчик с массовой скоростью m G/S mr, где G - массовый расход среды, кг/с; S - величина сечения датчика, м ; mr - массовая скорость, соответствующая гомогенизированной структуре потока, а величину массового расходного паросодержания определяют по формуле х 1 + (а-) 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s G 01 N 22/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4775329/09 (22) 27.10.89 (46) 07.08.92. Бюл. М 29 . (71) Объединенный институт ядерных иссле дований (72) Д.И,Алексеев, С.В.Ромайов, И.С.Мамедов и Ю.Il.Ôèëèïï.îâ (56) Мамедов И.С. и др. ИФЭ, 1983, t, XI, В 5, с. 725.

Авторское свидетельство СССР

М 1682896, кл. G 01 N 22/00, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СООТНОШЕ. НИЯ ФАЗ ДВУХФАЗНЫХ СРЕД (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является непосредственное определение величины массового расходного паросодержания

Изобретение относится к измерительной технике.

Во многих физических установках (например, атомные электростанции; сверхпроводящие ускорители) в качестве рабочих сред применяются двухфазные потоки. Одной из основных характеристик двухфазных потоков является массовое расходное паросодержание х потока среды. Известен косвенный способ определения массового расходного паросодержания двухфазного потока среды, основанный на расчете. х с помощью-уравнения теплового баланса

„— !1+0 /6-

l —

II I где II — энтальпия однофазного потока жидкой среды на входе в испарительный участок;

„„ Ы„„1753378 А1 двухфазных потоков среды. Способ определения сплошности двухфазйых сред заключается в пропускании исследуемого потока через высокочастотный датчик сплошности, измерении его резонансной частоты и давления среды, по которым определяют сплошность потока а и плотности р,рж пара и жидкости, исследуемый по. ток пропускают через датчик с массовой скоростью m = G/Я .m<, где G — массовый расход среды, кг/с; $ — величина сечения датчика, м.; в — массовая скорость, соответствующая гомогенизированной структуре потока, а величину массового расходного паросодержания определяют по формуле

x=(1+ (а — 1) ржlрп ", 1 ил.

Г, à — равновесные значения энтальпии жидкой и газовой фаз потока соответственно в точке измерения х;

Q — теплоприток на участке от точки с энтальпией II до точки, в которой определяется х, 6 — расход среды.

Данный способ обладает следующими недостатками: необходима калибровка расходомерного устройства, а аттестованные поверочные устройства, например для гелия, практически недоступны для широкого круга потребителей; для криогенных сред трудно обеспечить индентичность рабочих условий датчика температуры и условий, при которых проводится его калибровка, что ведет к дополнительной погрешности измерения температуры;

1753378 для криогенных сред существуют сложности при определении величины теплопритока Q, так как рассчитать зту величину для реального объекта не представляется возможным, а датчиков для измерений этой величины не существует, Эти недостатки усложняют процедуру .определения величины х или делают ее невозможной.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения величин х с помощью высокочастотного датчика сплошности-потоков двухфазных сред. Этот датчик в принципе можно использовать для измерения величины х, которая связана со сплошностью потока с следующим соотношением х = (1 + — (a — 1) — )-, (2) где N = " (3) — коэффицимент скольжения

Ue фаз:

U, U® — средние скорости пара и жидкости соответственно; р, р - плотности пара и жидкости соответственно.

Величина N для каждой конкретной среды зависит от многих факторов и может изменяться в следующих пределах: для гелия N = 1-2,5, для воды N = 1-10, Надежных методик определения N для широкого диапазона режимных параметров не существует, Поэтому для измерения величины х с помощью датчика сплошности необходима серия трудоемких калибровочных экспериментов. При этом калибровка должна проводиться индивидуально для датчйков с различной величиной сечения. Надо отметить, что этот способ требует создания специальных калибровочных стендов с собственными системами измерения различных параметров рабочих сред.

При увеличении массовой скорости (расхода среды в определенном сечении) скольжение фаз в двухфазном потоке уменьшается, т.е. N 1, и течение приобретает так называемую гомоген ную структуру.

Обозначим минимальную скорость двухфазной смеси, при которой течение гомогенно при любых х. как гп . Тогда при скорости потока m mr можно утверждать, что N = 1, и следовательно (1 + (< 1)P) — 1 т.е. между х и Q существует однозначная связь. Величина mr зависит от плотностей

/ ж и 9лсмеси и составляет, например, для гелия 100 кг/м с, для водовоздушной смеси при атмосферном давлении 1000 кг/м с.

Цель изобретения — определение величины массового расходного паросодержа5 ния двухфазных потоков сред.

Указанная цель достигается тем, что в способе опрделения соотношения фаз двухфазных сред, заключающемся в пропускании исследуемого потока через

10 высокочастотный датчик сплошности, измерении его резонансной частоты и давления среды, по которым определяют сплошность потока аи плотности p„, р„ napa и жидкости, исследуемый поток пропускают через

15 датчик с массовой скоростью

m — — mr,.

S (5) где G — массовый расход среды, кг/с

S — величина сечения датчика, м;

1.

20 п г — массовая скорость, соответствующая гомогенизированной структуре потока, а величину массового расходного паросодержания х определяют по формуле (4).

На чертеже изображена схема устрой25 ства для реализации способа с одним из вариантов Реализации электронного блока для измерения величины х.

Устройство содержит датчик 1 сплошности, измерительный преобразователь 2 дав30 ления, электронный блок 3 для определения сплошности среды, блок 4 питания и схему предварительного усиления измерительного преобразователя давления, аналого-цифэовой преобразователь 5 (АЦП), постоянное

35 запоминающее устройство 6 (ПЗУ), устройство 7 ввода-вывода (УВВ), генератор 8 тактовых импульсов, однокристальную микро-ЭВМ 9, устройство 10 индикации, Устройство для реализации способа

40 представляет собой датчик 1 сплошности, который соединен с электронным блоком 3 для определения сплошности среды и измерительным преобразователем 2 давления.

Измерительный преобразователь давления

45 соединен через блок 4 питания и схему предварительного усиления с АЦП 5, который в свою очередь связан с УВВ 7 и ПЗУ 6.

Однокристальная микро-ЭВМ 9 соединена с электронным блоком 3 для определения

50 сплошности среды, УВ В 7 и блоком 10 индикации. Генератор 8 тактовых импульсов соединен с УВВ 7, ПЗУ 6 и однокристальной микро-Э В M.

Устройство работает следующим обра55 зом, Поток в соответствии с фиг.1 поступает в высокочастотный датчик 1 сплошности двухфазных потоков, перед которым установлен измерительный преобразователь 2

1753378

Составитель А. Алексеев

Техред М.Моргентал Корректор А. Ворович

Редактор В. Данко

Заказ 2764 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 давления. С помощью электронного блока 3 для определения сплошности среды в датчике возбуждаются высокочастотные колебания. Выходным сигналом датчика служит резонансная частота, величина которой является функцией диэлектрических проницаемостей каждой иэ фаз, а следовательно, и сплошности двухфазной среды. Эта частота подается в электронный блок для измерения сплошности среды. Одновременно сигнал с измерительного преобразователя 2 давления после предварительного усиления в блоке 4 подается на АЦП 5, который преобразует его в двоичный код, Этот код является адресом для ПЗУ, в котором записаны свойства среды в зависимости от давления.

Числовое значение сигнала с учетом свойств среды передается на УВВ 7. Далее сигнал поступает в микро-ЭВМ. Одновременно в микро-3ВМ поступает сигнал с электронного блока для измерения сплошности среды. Генератор 8 тактовых импуль.сов управляет работой АЦП, УВВ и выдает запрос на прерывание в микро-ЭВМ 9. Микро-ЭВМ производит расчет величины х и выдает информацию на устройство 10 индикации.

Испытания показали, что с помощью такого устройства можно измерять х с погрешностью 5 ь, что позволяет применять этот способ для диагностики и контроля обору5 дования с двухфазными рабочими средами.

Формула изобретения

Способ определения соотношения фаэ двухфазных сред, заключающийся в пропускании исследуемого потока через высоко10 частотный датчик сплошности, измерении его резонансной частоты и давления среды, по которым определяют сплошность а потока и плотности р, рж соответственно пара и жидкости,отл ича ющи йс ятем, 15 что, с целью непосредственного определения величины массового расходного паросодержания, исследуемый поток пропускают через датчик с массовой скоростью а = 6/$ mr, где G — массовый рас20 ход среды, кг/с; S — величина сечения датчика, м; mr — массовая. скорость, соотз, ветствующая гомогенизированной структуре потока, а величину х массового расходного паросодержания определяют

25 по формуле х =(1+(а-1) ) рп