[发明专利]一种热工自然循环实验中的流速测量装置及其方法

权利要求书

1.一种热工自然循环实验中的流速测量装置，其特征在于，包括第一电极(1)、第二电极(2)、直流电源(3)、图像拍摄设备(4)和数据处理装置(5)；

所述第一电极(1)和第二电极(2)分别安装于测量管道(6)的同一横截面处，在测量管道(6)内两个电极保持间距；第一电极(1)和第二电极(2)分别连接至直流电源(3)的正负极，构成用于对测量管道(6)内的流体进行电解的电解系统；所述测量管道(6)内的流体中含有酸碱指示剂，且在所述电解系统处于电解状态下，至少一个电极表面的pH能使酸碱指示剂变色，在管内流体中形成变色迹线段；

所述图像拍摄设备(4)用于在所述电解系统电解状态下，以固定视角连续拍摄测量管道(6)内两个电极所在位置及其下游的流体，获取连续图像帧；

所述数据处理装置(5)用于对图像拍摄设备(4)获取的连续图像帧进行处理，提取不同图像帧中同一变色迹线段的管内移动距离和拍摄时间差，换算为管内流体的流速。

2.如权利要求1所述的热工自然循环实验中的流速测量装置，其特征在于，所述的直流电源(3)的输出电压由电压控制器控制，使第一电极(1)和第二电极(2)的加载电压为脉冲电压。

3.如权利要求2所述的热工自然循环实验中的流速测量装置，其特征在于，所述的脉冲电压的波形为方波，且相邻波的宽度不同。

4.如权利要求1所述的热工自然循环实验中的流速测量装置，其特征在于，所述的图像拍摄设备(4)为高速摄像机。

5.如权利要求1所述的热工自然循环实验中的流速测量装置，其特征在于，所述的数据处理装置(5)中，每一帧图像帧均通过图像分割，从背景中提取图像中的所有变色迹线段，并通过形态学比对从连续两帧图像中提取出同一变色迹线段，计算连续两帧图像中同一变色迹线段的同一个端点间距，将该间距除以两帧图像帧的时间戳之差，换算得到管内流体的流速。

6.如权利要求1所述的热工自然循环实验中的流速测量装置，其特征在于，所述测量管道(6)内的流体中含有一种或多种酸碱指示剂，能同时指示酸性和碱性，使第一电极(1)和第二电极(2)处各自形成一条变色迹线段。

7.如权利要求1所述的热工自然循环实验中的流速测量装置，其特征在于，所述图像拍摄设备(4)的固定视角正对测量管道(6)，测量管道(6)内流体在图像中不存在畸变，测量管道(6)侧部优选设置与所述变色迹线段存在色差的纯色背景板。

8.如权利要求1所述的热工自然循环实验中的流速测量装置，其特征在于，所述测量管道(6)内的流体为水，所述酸碱指示剂为酚酞、石蕊或花青素。

9.如权利要求1所述的热工自然循环实验中的流速测量装置，其特征在于，所述测量管道(6)两端均设有法兰盘，用于与外部管道相连。

10.一种利用如权利要求1～6任一所述流速测量装置的热工自然循环实验中的流速测量方法，其特征在于，步骤如下：

S1：将所述流速测量装置的测量管道(6)接入热工自然循环实验的环形管道中，测量管道(6)的管径与前后连接管段的管径一致；

S2：在热工自然循环实验所用的水中预先加入所述酸碱指示剂混匀，运行热工自然循环实验装置使环形管道内的水自然循环流动；

S3：通过所述直流电源(3)对第一电极(1)和第二电极(2)施加间歇性的脉冲电压，水在电极表面的电解作用下发生区域性的酸碱性改变，使水中混合的酸碱指示剂变色，在电极下游形成变色迹线段；

S4：通过图像拍摄设备(4)以固定视角连续拍摄测量管道(6)内两个电极所在位置及其下游的流体，获取带有变色迹线段的连续图像帧；

S5：通过数据处理装置(5)获取连续图像帧，并提取不同图像帧中同一变色迹线段的管内移动距离和拍摄时间差，计算管内流体的流速。