[发明专利]一种湿蒸汽区液滴颗粒的测量方法以及装置

摘要

本发明涉及一种湿蒸汽区液滴颗粒的测量方法以及装置，超声激励信号采用了叠加波的方式获取三种不同的频率的超声波信号，在计算机中的处理分析过程为：将得到的信号作快速傅里叶变换获得三种频率下超声信号幅值，计算得到声衰减系数；根据被测液滴颗粒的粒径值跟三种频率下的声衰减系数比值的关系，获得液滴颗粒的粒径值。同样，根据体积浓度值与声衰减系数关系，获得体积浓度值，再由体积浓度和湿度的换算关系得到湿蒸汽的湿度值。测量装置结构简单、成本低，相比于其它原理的湿蒸汽测量方法，超声波具有强的穿透力，超声换能器适应恶劣环境正常工作，无需精度校正，可以实现在汽轮机低压缸末级进行较高浓度的湿蒸汽区液滴颗粒的粒径、体积浓度和湿度的在线测量。 

主权项

一种湿蒸汽区液滴颗粒的测量方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1）、由信号发射电路编制三种频率f1=200kHz、f2=40kHz、f3=25kHz构成的叠加波信号，将叠加波信号作为激励源，激励宽带超声波换能器同时发射三种频率超声波；2）、超声波信号穿透湿蒸汽区后，另一个宽带超声波换能器接收并获得3个步骤1）编制的三种频率下声波信号；3）、计算声衰减系数：对步骤2）接收的进行处理，由快速傅里叶变换得到超声幅值并进行了声吸收的修正，得到最终的声衰减，计算公式如下：其中为超声波频率为f时测得经测量区域传播的原始信号幅值，为超声波频率为f在测量区域中有蒸汽液滴颗粒时测得的幅值，L为两个换能器之间距离，为考虑在测量区域中背景的声吸收等效应的超声衰减修正系数，可查阅声学手册得到，通过对实验信号处理分别计算在频率f1=200kHz、f2=40kHz、f3=25kHz下的声衰减、、；4）、计算湿蒸汽区液滴颗粒的粒径：在数据处理过程中采集两相流中复波数理论表达式：其中，这里j=，D是液滴颗粒的直径，为液滴颗粒的体积浓度，即单位体积的湿蒸汽中液滴颗粒所占的体积百分比，是连续介质中的波数，是两相流中的复波数，为角频率，和分别表示湿蒸汽两相流中与频率有关的声衰减系数和声速，n为级数阶数，实际使用中选20；5）、计算湿蒸汽区液滴颗粒的体积浓度：得液滴粒径值后，基于理论模型，根据步骤4）中理论表达式绘制声衰减值与湿蒸汽区液滴颗粒的体积浓度的理论图，呈单调趋势，并且一一对应，根据步骤3）求得实验的声衰减值代入理论曲线，从而可以得到体积浓度值；6）、计算湿蒸汽区的湿度值：此时可根据下式计算：式中，是液滴颗粒的体积浓度，为测量区域下的温度对应的饱和水蒸气的密度值，为测量区域下的温度对应的饱和水的密度值。