[发明专利]一种适用于开域流场的气液两相流测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种适用于开域流场的气液两相流测量装置及方法，该装置包括：电极传感模块、激励测量模块以及计算机，电极传感模块包括水下模型以及设置在水下模型表面的传感电极阵列，激励测量模块包括微处理器以及与微处理器电性连接的多路转换开关、恒流源和多路A‑D转换器，传感电极阵列经导线与多路转换开关连接，多路转换开关通过放大滤波模块与多路A‑D转换器对应连接，恒流源与多路转换开关连接，用于提供激励电源；微处理器通过无线通信模块与计算机无线通信连接。本发明具有非侵入、结构简单、性价比高、体积小、应用灵活、可随动测量、测量结果可视化等显著优势，能够实现物体近表面气液两相分布和相含率等关键参数的测量。

技术领域

本发明涉及多相流测量技术领域，特别是涉及一种适用于开域流场的气液两相流测量装置及方法。

背景技术

多相流测量广泛应用于动力、热力、石油化工等工业领域，其流量参数的准确测量对流体动力学研究及控制过程安全稳定运行具有至关重要的作用。在高速水动力研究中，水下与液相有较高相对运动速度的物体表面会产生具有复杂流动特性的气液两相流体系，其存在会导致推进效率降低、振动、噪声、甚至会引起机械损坏。对水下物体表面的复杂气液两相流相关参数进行测量，能够辅助研究流场结构、预测表面多相流流动过程，对改善水下航行体推进效率，降低设备表面损坏具有重要的应用意义。

目前，国内外常见的多相流检测方法主要包括高速摄影法、探针法、射线法以及电学成像等方法。高速摄影法利用高速相机拍摄多相流动过程，获得多相流表观流动参数，该方法对环境要求较高，装置结构复杂，且难以获得流场内部结构参数；探针法将电导/电容探针侵入待测流场进行测量，能够获得局部相含率、气泡参数等信息，该方法属于局部侵入式测量，会对待测流场产生干扰，影响测量结果；射线法利用X/γ射线的辐射衰减原理以非侵入的方式测量流场分布，对测量环境要求高，设备成本高，结构复杂，灵活性差，难以测量运动设备表面气液两相流流场状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于开域流场的气液两相流测量装置及方法，采用电阻抗层析成像技术，具有非侵入、结构简单、性价比高、体积小、应用灵活、可随动测量、测量结果可视化等显著优势，能够实现物体近表面气液两相分布和相含率等关键参数的测量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种适用于开域流场的气液两相流测量装置，所述装置包括电极传感模块、激励测量模块以及计算机，所述电极传感模块包括水下模型以及设置在水下模型表面的传感电极阵列，所述激励测量模块包括微处理器以及与微处理器电性连接的多路转换开关、恒流源和多路A-D转换器，所述传感电极阵列经导线与多路转换开关连接，多路转换开关通过放大滤波模块与多路A-D转换器对应连接，所述恒流源与多路转换开关连接，用于提供激励电源；所述微处理器通过无线通信模块与所述计算机无线通信连接。

进一步的，所述水下模型设计为水下航行体形状，呈内部为空腔的圆柱体，所述水下模型的圆周面均匀设置有多个凹槽，用于放置所述传感电极阵列，所述激励测量模块设置在所述空腔内。

进一步的，所述传感电极阵列包括多个电极，所述电极采用“T”型结构，其顶端采用具有弧状结构的正方形，所述“T”型结构嵌入所述凹槽。

进一步的，所述电极沿所述水下模型的轴向设置有多层，相邻两层的间距为水下模型直径的1/5。

进一步的，每层电极数目为8、12或16个，并在所述水下模型的周向上均匀分布。

本发明还提供了一种适用于开域流场的气液两相流测量方法，应用上述的适用于开域流场的气液两相流测量装置，包括以下步骤：

S1，基于场域电导率分布与对边界电势存在映射关系，水下模型表面的传感电极阵列将气液分布信息转换为可反映流场分布的电压信号；