[发明专利]一种用于气/汽液两相流截面含气率测量的伽马射线扫描装置及方法

说明书

一种用于气/汽液两相流截面含气率测量的伽马射线扫描装置及方法，包括：固定平台，固定平台上固定的步进电机驱动装置，步进电机驱动装置的滑台通过螺栓固定连接移动平台，移动平台底部通过滚轮接触连接固定平台上，移动平台上固定带屏蔽铅罐的伽马射线源和放射源接收装置，伽马射线源与放射源接收装置之间设置有测试管，放射源接收装置前端与和伽马射线源放射端分别设置有准直器，放射源接收装置信号输出端连接射线采集器的输入端；所述的测试管连接气液两相流的产生与控制系统；本发明具有能够测量截面内空泡份额分布特征的优点，且适应于高温高压条件下截面含气率测量。

技术领域

本发明涉及气/汽液两相流测量技术、反应堆热工水力技术领域，特别涉及一种用于气液两项流截面含气率测量的伽马射线扫描装置及方法。

背景技术

气/汽液两相流广泛存在于石油、化工、核能、制冷、冶金等工业生产过程中。空泡份额作为气/汽液两相流的重要过程参数，无法通过理论计算获得，实验测量是获得空泡份额数据的唯一可靠途径。由于气/汽液两相流流型的多样性以及流动的复杂性，空泡份额测量技术是两相流测量技术的难点；同时，空泡份额测量的准确与否关系着其他参数计算结果的正确性和整个设备运行的可靠性。因此，空泡份额测量技术是两相流测量技术的重点与难点。

空泡份额测量方式按测量内容分为两类：其一是管道截面平均空泡份额测量方法，包括快关阀门法、高速摄像法、压差法、电容层析成像法、射线法等；其二是管道截面上局部空泡份额测量方法，典型的有光纤探针法、电导探针法、微型热电偶法、热线(热膜)法等。在反应堆热工水力技术领域，空泡份额的测量还伴随着高温高压这样苛刻的工作环境，以及管道内复杂的管束布置情况。

传统的空泡份额测量方法各有利弊。压差法的操作最为简单，但测量结果受摩擦压降的影响很大，对于复杂的管内两相流流动情况，难以准确地评估摩擦压降的占比，导致空泡份额的测量结果有很大的不确定度。快关阀门法是测量空泡份额的经典方法，重复性高且结果精确，但一般应用于常温常压的气液两相流，在高温高压的条件下，操作具有一定的危险性；快关阀门法也难以实现实时在线测量。电容层析成像技术利用气液两相不同的介电常数和份额，得到不同的等价介电常数，将测量得到的信息进行图像重建来测得空泡份额，可以在不干扰流场的情况下获得管道截面的相分布信息，具有很好的应用前景；现阶段的研究可满足于流场信息的定性分析，如流型显示等粗略图像的获取，对于空泡份额等需要量化的测量参数还需要进一步提高测量精度。高速摄像法是测量空泡份额最直观的一种方法，可以实时监测并获取海量数据，通过图像处理来得到空泡份额，由于需要可视化的测量窗口，难以在工业设备中实现，更多的是用于气液两相流的实验研究。

以上空泡份额的测量方法都是通过直接或间接的方法得到管道内截面平均空泡份额。在某些应用场合，截面上特定位置的空泡份额需要格外关注。探针法是测量局部空泡份额最常用的方式，主要有光纤探针、电导探针等。光纤探针法抗干扰性强、信号传输速度快，能够实时地识别气液两相界面，除获得局部空泡份额外，还可以测量气泡速度、气泡大小、界面面积浓度等重要的两相流参数。但是探针法在测量时，需要介入流体，不可避免地会对流场产生干扰，尤其是在狭窄的流通通道内，而且在气液两相高速流动的状态下，探针尖端对于相界面的准确识别也存在一定误差。这些是局部测量方法所共有的弊端。

射线法是测量空泡份额常用的方法之一，主要包括伽马射线、X射线、中子射线等。射线法是一种非接触式的测量方式，由于射线衰减不受外界条件干扰，具有较高的稳定性，适合高温高压条件下汽液两相流空泡份额的测量。射线法的主要弊端体现在两点，在操作性上，需要对射线辐射进行一定的防护，以保障人员安全；在测量精度上，射线的发射有一定的涨落，会带来统计上的误差。

另外，受限于放射源屏蔽装置的影响，传统的射线法测量空泡份额难以应用到大管径条件下；对于管道内部有复杂布置的情况也难以区分对待。

根据上述各种空泡份额的测量方法，可以发现，每种测量方法都有其局限性。在反应堆热工水力技术领域，空泡份额的测量涉及高温高压、沸腾换热，管道流通截面也非传统的圆形截面，平均空泡份额难以获得。