INSL课题组科研成果介绍第一期
活跃学术思想·促进学术交流背景介绍窄矩形通道由于其较高的换热效率以及紧凑的结构而被广泛应用于板式换热器、微电子冷却以及反应堆燃料组件等工业设备中。两相流动特性的表征对于评估狭窄通道沸腾换热效率和预测沸腾危机具有重要意义。针对现阶段窄通道两相流动测量技术的不足,本文基于现有的金属丝网测量技术,开发了适用于窄通道的非侵入式相场分布测量技术以及相应的数据后处理技术,最后通过与高速相机同步测量结果进行对比,验证了新传感器的可靠性并量化了测量误差。传感器原理传统的金属丝网传感器如图1a所示,通常由两组布置于平行平面上的互相正交的电极线构成,两组电极线的交叉点即为测量点。但与其它层析扫描技术类似,其难以直接应用于具有狭小横截面的窄矩形通道。由于电极线直接与流体接触,丝网传感器会对流场产生明显干扰。图1 传统金属丝网传感器及FPC传感器结构对比示意图针对窄矩形通道,本文通过改进电极线结构形式和安装平面,开发了柔性印刷电路传感器(FPC传感器)。FPC传感器的结构示意图如图1b所示。通过改变电极线的布置平面,FPC传感器能够有效对窄通道的相场进行测量。基于柔性印刷电路制作技术,FPC传感器的电极线被加工至柔性透明绝缘基体表面,因此无需额外拉伸固定装置,整体使用更加简易便捷。另一方面,绝缘基体表面的电极线经抛光后,其凸起小于15μm,不会对流场产生明显干扰。图2 FPC传感器结构及实物照片(发射极模块)传感器后处理算法及典型结果由于FPC传感器测量平面与传统丝网传感器不同,现有丝网传感器数据处理软件不能适用,因此本文还针对FPC传感器开发了相应的数据后处理算法。数据后处理算法主要由两部分构成:数据预处理模块以及两相参数计算模块。前者主要用于将传感器测量数据进行背景噪声消除以及气泡边界锐化,从而获得高质量的相场分布数据。后者可根据处理后数据,对空泡份额分布、气泡的轮廓、尺寸、速度和运动轨迹等重要参数进行计算分析。图3 数据预处理模块效果示意图图4 两相参数计算模块典型结果示例传感器误差分析及结论利用高速相机同步测量结果作为参考,将传感器测量结果与高速相机图像进行了对比分析,并对气泡等效直径、气泡速度、泰勒气泡长度以及泰勒气泡速度等重要参数的传感器计算误差进行了量化分析。结果表明由数据后处理算法计算所得的FPC传感器数据具有较好的准确性,能够为窄矩形通道两相流动分析提供可靠的数据支撑。图5 传感器泰勒气弹重构结果与高速相机对比图图6 传感器和高速相机气泡等效直径结果对比作者介绍杨宜昂博士三年级导师:熊进标研究方向:核反应堆热工水力供稿 / 杨宜昂编辑 / 高睿霜