[发明专利]一种测量管内波动液膜波频和波速的系统

说明书

本发明所述的测量系统利用光电传感器将光的强度信号转变为电流信号，从而实现对波动液膜波频和波速的测量。本发明涉及的原理是：红外发光二极管发出的光线穿过波动液膜界面时发生散色，只有部分光线被红外光电二极管所吸收。安装在测试段管外壁处的一对红外发光二极管和红外光电二极管构成上游和下游传感器，传感器将光的强度信号转变为电流信号，经放大器放大后，由A/D转换器将其转变为离散的数字信号，基于傅里叶变换(FFT)和互相关分析原理，采用MATLAB软件编写程序对数字信号进行处理，得出波动液膜的波频和波速。本发明的有益效果是可同时测量波动液膜的波频和波速，测量数据的统计学不确定度低于5％。

技术领域

本发明属于降膜蒸发器中波动液膜波动特性参数测量的技术领域，具体涉及一种将光电传感器接收到的电流信号，通过快速傅里叶变换(FFT)和互相关分析获得管内波动液膜波频和波速的系统。

背景技术

蒸汽冷凝作为高效传热技术广泛应用于石油、化工、制冷、能源、航空航天和海水淡化等领域。在实际应用过程中出现的冷凝液膜波动特性使传热传质过程得到强化。冷凝液膜波动在时间和空间上蕴含着复杂的动力学特性，由于受测试技术和测试方法的限制，无法对表征冷凝液膜波动动力学特性的波频和波速进行准确测量，因此对冷凝液膜波动强化传热传质的机理有待于进一步的研究。

目前主要采用诱导荧光法测量波动液膜的动力学参数，通过人工识辨在不同位置拍摄的同一个波的图像，测量在拍摄时间间隔内的波动位移获得波动液膜的波速。此测技术存在如下主要问题：识别同一个波依赖于测量者的主观判断；在液体中加入荧光因子易改变液膜的物理特性；只能测量液膜波速而无法测量波频。因此需要开发一种能够精确测量波动液膜波频和波速的系统，对冷凝液膜波动强化传热传质的机理过程进行探索研究，为高效换热技术的创新开发提供理论基础与技术储备。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种测量管内波动液膜波频和波速的系统，该系统可准确实时测量波动液膜的波频和波速。本发明所提供的测量波动液膜波频和波速的装置需在无光或弱光下使用。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种测量管内波动液膜波频和波速的系统，包括：两个红外发光二极管、两个红外光电二极管、放大器、A/D转换器、计算机、电源、导线、数据线；

本发明所述的红外发光二极管与红外光电二极管构成一对光学传感器，按照液体流动方向，分别称为上游传感器和下游传感器；

本发明所述的两个红外发光二极管安装在测试段管外壁的同一侧，相距间隔为L；

本发明所述的两个红外光电二极管安装在与红外发光二极管相对称的管测试段外壁处，接收红外发光二极管发出的光并将接收到的光的强度信号转变成电流信号；

本发明所述的信号放大器通过导线与红外光电二极管相连，将红外光电二极管产生的微弱电流电信号放大；

本发明所述的A/D转换器与信号放大器通过数据线相连，将放大的连续信号转变为离散的数字信号；

本发明所述的计算机与A/D转换器通过数据线相连，利用MATLAB软件编写程序对数字信号进行处理，得出波动液膜波频和波速。

本发明的另一个技术方案是上述的两个光学传感器的安装距离L为范围为 9～11cm。

本发明的另一个技术方案是上述红外发光二极管发出的光线波长在935～ 945nm之间的红外线。

本发明的另一个技术方案是上述红外发光二极管发出的光线强度可依据管内波动液膜膜厚进行调节。

本发明的另一个技术方案是上述红外光电二极管接受的光线为波长在 935～945nm之间的与红外发光二极管相同的红外线。