[发明专利]一种管束间高温高压汽液两相流型实验装置及流型判别方法

权利要求书

1.一种管束间高温高压汽液两相流型实验装置，包括压力容器，压力容器外接有进口管和出口管，其特征在于：压力容器前后两侧对称开有上、下2个可视化视窗；还包括激光发生器、高速摄像机，激光发生器位于压力容器的后侧，与压力容器后侧可视化视窗位置相对应，高速摄像机位于压力容器的前侧，与压力容器前侧可视化视窗位置相对应； 

压力容器内设有电加热管，电加热管上设有热电偶传感器，压力容器上装有压力传感器、液位传感器、双头电导探针，压力容器进口管和出口管处设有流量计和铠装热电偶； 

电加热控制系统导线穿过压力容器外壳与电加热管连接，数据采集系统导线与测量传感器及高速摄像机连接。 

2.根据权利要求1所述的管束间高温高压汽液两相流型实验装置，其特征在于：压力容器内均匀设有多根电加热管，电加热管为直管。 

3.根据权利要求2所述的管束间高温高压汽液两相流型实验装置，其特征在于：电加热管为单端引出，引出棒并行元件，其内部根据引出棒布置合金电阻丝，外部引出棒与电加热控制系统导线连接，根据流体流量及入口温度改变电阻丝两端的电压以调节加热量。 

4.根据权利要求3所述的管束间高温高压汽液两相流型实验装置，其特征在于：压力容器内均匀设有16根电加热管，选取其中5根电加热管，每根加热管沿竖向均匀设有5个热电偶。 

5.根据权利要求4所述的管束间高温高压汽液两相流型实验装置，其特征在于：压力容器设有3个压力传感器，分别在压力容器左侧上、中、下三个位置设置；1个液位传感器在压力容器右侧的上部设置；2个双头电导探针布置在压力容器左侧上部和中部。 

6.根据权利要求5所述的管束间高温高压汽液两相流型实验装置，其特征在于：激光发生器、高速摄像机均安装于支架上，激光发生器、高速摄像机可上、下移动。 

7.根据权利要求6所述的管束间高温高压汽液两相流型实验装置，其特征在于：数据采集系统导线与测量传感器及高速摄像机连接，数据采集系统采集拍摄的图像及传感器信号。 

8.一种利用权利要求1所述管束间高温高压汽液两相流型实验装置的流型判别方法，其特征在于：激光发生器通过压力容器后侧的可视化视窗提供光源，高速摄像机通过压力容器前侧的可视化视窗拍摄两相流型变化图像；对拍摄的图像进行数字化处理和边缘检测得到边缘检测图像； 

根据边缘检测图像的边缘灰度特征，对管束通道每一位置处汽泡的数量、尺寸进行统计分析，得到管束通道内两相流型随时间和空间的变化规律；根据每张图像中汽泡的尺寸计算含汽率及汽相体积流量，结合流域截面积计算汽液两相表观速度；对流型过渡区域进行汽泡动力学分析，得到流型变化与汽泡行为、受力、数量及空间尺寸的关系；根据表观速度及含汽率结合图像中汽泡数量和尺寸建立流型图谱；前述的管束通道为电热管在压力容器内所形成的流体通道。 

9.根据权利要求8所述的流型判别方法，其特征在于：通过压力容器内的热电偶传感器测得电加热管壁温度；通过压力容器上的压力传感器、液位传感器、双头电导探针，测得流体压力、液面位置、截面含汽率和汽相表观流速；通过压力容器进口管和出口管内设有流量计和铠装热电偶测得压力容器进出口流量和温度； 

根据测得的参数，利用截面含汽率和汽相表观速度验证图像处理法建立的流型图谱；在一定压力、流体流量和加热量下，由电加热管管壁温度计算电加热管表面传热系数，结合边缘检测图像，得到电加热管表面传热系数与截面含汽率及汽相表观速度的关系，进而得到流型随电加热管表面传热系数的变化规律，并分 析沿管束通道不同换热阶段流型分布特点；通过改变压力、流体流量或加热量得到不同条件下流型演变规律及其与各流体物理参数间的定量关系。