マルチウェイブ超音波流速分布計測法を用いた混相流動解析手法の開発

利用多波超声波流速分布测量方法开发多相流分析方法

• 批准号: 05J08430
• 负责人: 村川 英樹
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J08430/
• 关键词: 超音波; 流速分布計測; マルチウェイブ; 二波長; 気泡流; スラグ流; 二相流; 気泡速度; UVP; 超音波; 流速分布計測; マルチウェイブ; 二波長; 気泡流; スラグ流; 二相流; 気泡速度; UVP

二相流動を正確に予測する上で,気泡速度分布計測および気泡周りの液相速度分布計測は重要であるが,その実験の困難さから更なる実験的解明が要求されている.そこで著者らによって昨年度までに開発した同軸二波長超音波センサ(マルチウェイブ・トランスデューサ)を用い,マルチウェイブで気泡・液相速度分布を同時計測するマルチウェイブ超音波法の開発を行った.超音波の反射強度は媒質である水と反射体との反射係数に依存する.従来用いていた超音波流速分布計測計(UVP)では,装置の制約によって気泡・液相の同時速度分布取得は不可能であった.そこで液相のトレーサ粒子と気液界面における反射強度の差異に注目し,異なる超音波基本周波数による反射信号を用いたデータ処理を独自開発することによって,気泡・液相の同時速度分布計測を可能とした.従来のUVP法ではドップラ信号による速度算出を行うため,最低32回の超音波送受信が必要である.それに対して本手法で用いだ相関法は,最低2回の超音波送受信によって速度算出が可能であることから,高時間分解能での計測が可能であることが特徴である.そこで開発した本手法を鉛直円管内気泡流に適用することによって,気液の速度分布計測が可能であることを示した.更にハイスピードカメラによる画像取得とマルチウェイブ超音波法を同期させることによってスラグ流周りの液相速度分布計測を可能とした.また,これらの実験データを米国Rensselaer Polytechnic Instituteにて開発された多流体三次元解析コード(NPHASE)に適用し,SBWR内ライザ部における二相流動解析を実現させた.

气泡速度分布和气泡周围液相速度分布的测量对于准确预测两相流量很重要，但是由于实验的难度，需要进一步实验阐明。因此，作者开发了一种多波超声波方法，该方法使用作者去年作者开发的同轴双波超声传感器（多波传感器）同时测量气泡和液相速度分布。超声波的反射强度取决于中水和反射器之间的反射系数。使用先前使用的超声流速度分布表（UVP），由于设备的限制，无法同时获得气泡和液相的同时速度分布。因此，我们专注于液相和气体界面的示踪剂颗粒的反射强度的差异，以及由于不同的超声基本基本频率而引起的反射率。通过使用信号开发数据处理，可以测量气泡和液相的同时速度分布。常规的UVP方法使用多普勒信号来计算速度，因此需要至少32个超声波传输和接收。相反，该方法中使用的相关方法的特征是，可以通过传输和接收至少两次超声传输和接收来计算速度，从而可以在较高时测量速度。通过将此方法应用于垂直圆管中的气泡流，已经表明可以测量气体和液体的速度分布。此外，通过将图像采集与高速摄像头和多波超声波方法同步，可以测量炉灶流周围的液相速度分布。此外，这些实验数据在美国伦斯勒（US Rensselaer）中使用。它应用于理工学院开发的多流体三维分析代码（NPHASE），并在SBWR的Riser部分中实现了两相流量分析。