諧振腔介質微擾技術測量蒸汽濕度的理論與實驗研究.pdf

1、濕蒸汽兩相流嚴重影向汽輪機的安全、經濟運行，蒸汽濕度的準確測量有助于確定濕蒸汽級和低壓缸的運行效率，為汽輪機運行提供指導，也為除濕裝置、葉片防護、濕蒸汽級以及通流結構設計提供參考。因此，汽輪機內蒸汽濕度的測量技術研究具有十分重要的意義。論文基于微波諧振腔介質微擾技術，對汽輪機排汽濕度測量方法進行了理論和實驗研究。
　　 1.將電介質的復介電常數與其靜介電參數、交變電磁場頻率的關系引入Maxwell-Wagner非均質電介質理論，

2、建立了濕蒸汽的等效復介電常數關系式，得到了飽和水、干飽和蒸汽和濕蒸汽的復介電常數隨介質溫度(壓力)、微波頻率的變化規(guī)律，將濕蒸汽的介電性質擴展到了交變電磁場。
　　 2.根據濕蒸汽混合物的復介電常數關系式，采用諧振腔介質微擾理論，建立了圓柱形諧振腔在TE011模式下測量蒸汽濕度的關系式。諧振腔的測量濕度與濕蒸汽的熱物性、溫度(壓力)、諧振腔的諧振頻率和相對頻偏有關。
　　 3.設計了適合流動濕蒸汽濕度測量的環(huán)耦合諧振腔和

3、孔耦合諧振腔，設計了諧振腔的分隔器結構。通過仿真計算，確定了諧振腔的有效尺寸、分隔器長度、耦合環(huán)尺寸、矩形波導尺寸和耦合孔半徑等重要參數。針對不同耦合型式的諧振腔，設計了雙端口傳輸型濕度測量系統(tǒng)和單端口反射型濕度測量系統(tǒng)。根據測量和設計要求進行了微波元器件選擇、工作電路和測量控制流程設計。濕度測量數據由計算機進行處理，介紹了掃頻數據和脈沖數據的處理和分析方法。
　　 4.定量分析了諧振腔溫度變化引起腔體熱膨脹、諧振腔內壁沉積水膜

4、或鹽垢、大水滴(水團)穿越腔體、諧振腔的取樣偏差和濕蒸汽參數突變時諧振腔的傳熱滯后等因素對濕度測量的影響。設計了一種溫度自補償微波諧振腔結構，徹底解決了諧振腔熱膨脹和濕蒸汽與諧振腔換熱滯后對濕度測量的影響。
　　 5.設計了汽輪機排汽取樣缸外濕度測量方案和排汽缸內濕度測量方案，并進行了汽輪機排汽濕度測量實驗。在缸外測量實驗中，由于水滴沉積和蒸汽在壁面凝結，在器壁和管道中形成大片水膜，嚴重影響濕度測量。在缸內測量實驗中，諧振腔的振