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《气液两相流界面波的双平行电导探针测量方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、气液两相流界面波的双平行电导探针测量方法研究第18卷第3期1997年7月计量ACTAMETROLOGICASINIoVo【1&Nq3July,1997气液两相流界面波的双平行电导探针测量方法研究72李广军郭烈锦，睬学俊陈永利（西妥交通大学动力工程多相流国家重点实验室，西安710049）摘要使用积平行电导探针.通过侧量气液两相瞬时液膜厚度，来反映气液两相流界而上的渡动规律，对此测量系统进行了理论和实验研究.根据界而坡的物理特性,设计出一种能够快速准确地测量液膜厚度的电导探针系统•并且提出了一种不受实验条件变化影响的探针标定方法.通过对水平管内空气一水气｛葭两相流分层流界面厚度的
2、j曼1量•证明这种方法是切实可行的.关键词:气液两相流界面渡双平行电导探针,，1引言存在于气穰两相流气液界面上的界面帔不仅对气液两相流的传热传质和阻力特性有很大的影响，而且也是计算两相流体动力学的基础，因此正确有效地对界面波进行测量就成为了解这些特性的关键.但由于界面波具有变化快，影响因素较复杂等特点，这就对测量界面波的探针提出应具有分辨率高仮应快,受外界影响小等要求•到目前为止，主要有下4种界面波测量方法…:⑴电导法;⑵电容法;⑶光学及射线法;⑷高速摄影法•自六十年代以来，电导探针测量界面波越來越受到人们的重视，早期大都利用嵌入式电导探针，但这种探针对大于2mm的液膜分辨率
3、较差，目前大多利用双平行电导探针来测量厚液膜.2测量原理2.1理论分析双平行电导探针自其出现以来即被广泛用于瞬时液膜厚度的测量•它的应用基于这样一个原理，即在一定的环境条件下，两探针之间液膜的电阻随高度而变化.并H有确定的关系.般情况下,电解质的导纳是输入信号频率的函数口］，文献【3,4］提供了实用探针输入信号选择方法，认为当输入信号频率高于100kHz时.某些电解质(例如水)导纳的相位为零，也就是说在如此高的输入信号频率下，电解质导纳中仅存在电阻分量.在与波长几百米的电磁波相比非常小的电解质区域，其电势变化可以忽略不计，因此可以将电磁场看成是与时问无关的稳态场，则电解质的控
4、制方程为：本文于1996—04—05收到.奉支为画家自然科学蓦金资助项目.计量1997年7月V~4p(l)其中，工,P分别为电势和电解质中的源密度,因为在电解质中没有输入源，因此po,则式⑴变为一拉普拉斯方程：VH=0(2)气液界面和壁面一般为绝缘面,因此对所有的界面其边界条件为：=0⑶般情况下，探针的电极都是利用低电阻材料(如钳，銘鎳等)制成的，因此探针的每一极可以认为是一等电势体，则对电极来说其边界条件为：{.V詈蓑C假设电解质的电导率恒定并且是均匀的，则利用电磁波理论可得出流过两电极Z间的电流为：j二号lVHldv(5)其中,,V,分别为液体的电导率，两电极之间的电压和
5、计算区域.则在某〜特定区域的电阻可以用下式来计算：R二VHizdv这样可以利用式⑹来研究电极的影响区域,Koskle等L5对式(6)利用数值方法来确定探针周围提供在两电极之间具有90%99%电阻的区域•实际上这一区域为一椭圆形区域，为简化计算，将电极影响区域当作是一长方形，其计算结果见图1.它为双电导探针的设计提供了理论依据.2.2探针设计应注意的问题电极直径的选择是探针设计能否成功的关键.一方面，电极直径应足够大以使其电阻与液膜电阻相比为最小;另一方面又应当足够小以尽量减小对流动的干扰•下面两个流体效应决定电极直径的选择:第一是电极直径应足够小以使之对电极产生的振动可以忽略
6、;第二是界面效应可以忽略不计.流动中的旋涡是产生振动的主要原因.如果流体扰流电极后⑹产生旋涡，则电极在垂直流动的方向振动,因为电极电阻随其长・10—0度而变化，所以屯极的振动将引起屯极电阻的波动，从而给测量圉1探针的分辨区域带来误差•但当液体雷诺数Re(以电极直径d为特征长度)在40150之间时，旋涡最容易引起电极的振动J,因此在设计探针时应尽量避开这一雷诺数范围或通过改变电极的拉力将探针电极的固有频率移到这一范围之外.探针的振动在输出信号中表现为噪声信号，如果电极拉的足够紧,则由于振动引起的噪声信号可以通过滤波电路来除去.有两种界面效应影响探针的性能.(1)表面张力使液体在
7、电极上形成弯月面，但弯月面的高度小于电极的直径，到目前为止还没有一种方法能够用来测量电极上弯刀面的大小;⑵界8鲫鲫曲加800曲八占挂辞呵彘搴［I第18卷第3期李广军等:气液两和流界面波的双平行电导探针测量方法研究169面上的弓形波以及振动也可能影响探针的输岀，但目前述不可能对这种影响进行定量分析，文献⑸的研究发现，当液膜厚度大于1mm时出现弓形渡的几率很小.探针两电极之间的间距也是探针设计的关键，间距越大，探针分辨率越低,但二者之问的干扰较小湘反，间距越小，探针的空间分辨率越高,但此时两电极Z间的干扰越
