[发明专利]一种流场测量系统和流量波动工况下瞬态流场的测量方法

说明书

本发明公开了一种流场测量系统和一种流量波动工况下瞬态流场的测量方法。流场测量系统包括高速相机、数据存储计算机、大功率连续激光器、脉冲信号发生器、远心镜头等，高速相机可实现流场的高频测量，连续激光器可为测量区域提供连续的激光照射，远心镜头消除了透视误差提高了测量精度。脉冲信号发生器向高速相机发出脉冲控制信号，高速相机接收脉冲信号后拍摄特定数量的图像，针对流量波动工况下的流场测量，首先将流量波动工况划分为多个相位，调节脉冲信号发生器的输出频率及高速相机接收信号后拍摄图像数量，长时间重复拍摄同一流量波动工况，确定每个相位的最佳样本数量，提取相同周期内同一相位内的图像进行湍流统计。

技术领域

本发明涉及流体力学检测技术领域，具体涉及一种流场测量系统和一种流量波动工况下瞬态流场的测量方法。

背景技术

在核能领域，事故条件下导致堆芯流量波动，燃料组件内流动换热特性复杂多变，易引发传热恶化威胁堆芯安全。因此，研究流量波动下反应堆堆芯燃料组件内流动换热机理可以深入认识事故发展过程，为核电厂制定完善的事故应急策略提供技术支撑，对保障核电安全具有重要意义。

早期由于测量技术和研究手段的限制，针对反应堆内流动特性的研究主要集中于阻力特性的研究，缺乏反应堆内部细节流场结构的研究。

近年来随流体力学测量技术的发展，多种先进流场测量技术被应用到复杂通道内细节流场的研究。

以粒子图像测速技术(PIV)为例，是一种全场、无干扰的流体力学测量技术，由于其独特测量优势，被逐渐应用到复杂通道的流场测量。现有PIV技术一般采用脉冲激光器配合跨帧相机测量流场，该系统拍摄频率较低，通常被限制在5Hz-30Hz之内，无法进行高时间分辨率的流场统计。针对定常流动，流场基本稳定，应用脉冲PIV系统长时间重复拍摄可获得足量数据开展流体湍流统计。但是，非定常流动工况下流量持续波动，流场随时间变化，低频脉冲PIV系统拍摄频率低获得图像数量有限，无法满足湍流统计要求。

发明内容

为改善上述技术问题至少之一，本发明第一方面的技术方案提供了一种流场测量系统。

本发明一个技术方案所提供的流场测量系统包括高速相机、脉冲信号发生器、数据存储计算机和连续激光器。

具体地，高速相机上安装有远心镜头，用于对流量波动工况下的瞬时流场进行拍摄；脉冲信号发生器与高速相机相连，高速相机用于根据脉冲信号发生器发射的脉冲信号频率控制拍摄速度；数据存储计算机与脉冲信号发生器相连，用于控制脉冲信号发生器输出脉冲信号，并与高速相机相连，用于接收高速相机拍摄的图像数据，并对图像数据进行分析，获取瞬时流场的波动情况；连续激光器用于为高速相机的流场拍摄提供连续照明及光强条件。

在上述技术方案的基础上，进一步地，流场测量系统还包括偏振镜头组，设置在连续激光器的前方，用于将连续激光器的发射光合成一束扇形面光源。

在上述技术方案的基础上，进一步地，连续激光器包括光学镜头组，光学镜头组用于消除激光片光在轴向和横向上的光强高斯分布。

在上述技术方案的基础上，进一步地，脉冲信号发生器输出的脉冲信号频率为4Hz，高速相机的拍摄速度为4000fps，像素为1024×1024pixels。