[实用新型]用于高温高压两相流局部参数测量的光纤探针及密封结构

说明书

本实用新型公开了一种用于高温高压两相流局部参数测量的光纤探针及密封结构，属于两相流测量技术领域，该装置应用于高温高压测试条件下的密封结构。所述光纤探针本体包括探针尖端、传输光纤与各连接部件；采用两层不锈钢套筒结构注入高温粘合胶对探针本体进行密封，该方法使探针测试尖端可以承受较高的温度与压力；采用变径两通卡套接头与不锈钢导管对测试管路的连接部分进行密封。本实用新型对光纤探针法进行了优化，拓展了光纤探针法的测试条件，其结构简单、适用性强、调节方便，解决了高温高压汽液两相流局部参数测量的难题。

技术领域

本实用新型涉及两相流测量技术领域，尤其一种用于高温高压两相流局部参数测量的光纤探针及密封结构。

背景技术

在锅炉水冷壁、蒸汽发生器、核反应堆堆心等众多工业设备中，常常伴随着流动沸腾的现象。在这些实际应用中，沸腾通常是在管内流动状态下进行的，由于产生的蒸汽混入液流，出现多种不同形式的两相流结构，为研究流动与传热带来困难。在汽液两相流的研究中，空泡份额、相界面频率、界面面积浓度等局部参数占有重要的地位，是构建两相流模型的基础。

这些两相流的局部参数难以通过理论计算获得，实验测量是唯一可靠的途径，这也是两相流测量技术领域的难点。现行测量两相流局部参数的方法主要包括高速摄影法、电导探针法、光纤探针法、热线(热膜)法、电容法等。

高速摄影法是测量两相流最基本的方法，测量精度高、测试手段灵活多变，适用于实验研究。但是对实验段结构、实验管路要求很高，而且后期处理起来工作量很大。此方法难以直接实时在线测量，更难以在高温高压条件下实施。

热线(热膜)法是将通电加热的细金属丝(称热线)置于流体中，热线在气流中的散热量与流速有关，而散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，两相流信号即转变成电信号。电容法一般采用非介入式测量，常见的电容传感器主要由两个电极组成，电极一般呈半圆形或螺旋形结构，布置在管道外壁面处而不与介质直接接触。当管内局部含气率发生变化时，由于两相介质介电常数不同，两电极间测得的电容值会发生变化，电容测量值经过数据采集系统进行处理后，即可用来反映两相流参数的变化。电导探针法的测量原理与电容传感器相似，是利用两相介质电阻率的不同来识别两相流局部参数，但它是一种接触式的测量方法，在测量位置的选择上更加灵活。

以上方法在实际应用时都有局限性。三种方法都要对测试部位进行通电或者加热，对流体的电导率和清洁程度的要求较高，在实际使用中也容易受到其他设备的干扰。在高温高压测试条件下也难以做到足够的精确与稳定。

光纤探针法也是一种以探针的形式对两相流体进行介入式测量。光纤探针的测量原理是利用光学的全反射现象对气液两相进行识别的，通过检测经光纤探头反射回接收端的光强的强弱变化而产生的高低不同的电信号即可分辨光纤探头是处于气相还是液相中。光纤探针法在测量两相流局部参数时有突出的优势，光信号比电信号的抗干扰能力强，在信号传输上具有很高的稳定性；光纤探针的响应速度与采集频率很高，可以达到数 MHz；光纤探针的灵敏度更高，且耐腐蚀，对流体物性要求比较低，也具有很高的测量精度，因此使用范围很广。

在工业设备的汽液两相流动中，高温高压是不可避免的一个条件，这除了对测试元件材料本身的耐受性要求很高之外，对于测量方式的选取、测试元件的安装与密封都提出了很大挑战。另外很多设备的测试管路也较为复杂，诸如棒束通道、环形通道、窄缝通道，这也需要两相流局部参数的测试手段更加灵活，具有更强的适应性。

发明内容

为了满足以上测试条件的需要，本实用新型的目的是提供一种用于高温高压两相流局部参数测量的光纤探针及密封结构，本实用新型克服了传统测量两相流局部参数的不足，对于高温高压条件下的汽液两相流研究提供了新的技术支持。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：