新型電容傳感器測量流動濕蒸汽濕度的研究.pdf

1、目前，自然循環(huán)式蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的一般是具有一定濕度的濕飽和蒸汽，而蒸汽濕度是以飽和蒸汽為工質(zhì)的核動力汽輪機運行的一個重要參數(shù)。蒸汽濕度的準(zhǔn)確測量對核電站以及核動力系統(tǒng)中蒸汽品質(zhì)監(jiān)測和汽輪機等裝置的安全經(jīng)濟運行具有重要意義，但目前蒸汽濕度測量存在著難度大、準(zhǔn)確度差、測量成本高等難點。 本文的主要創(chuàng)新點在于：研制了一種新型的多電極同軸圓筒形電容式傳感器用于測量蒸汽濕度，該傳感器可直接安裝在管道上，實現(xiàn)了蒸汽濕度的在線測量，無需對蒸汽

2、采樣，避免了采樣誤差；根據(jù)空氣與干飽和蒸汽介電常數(shù)十分接近的特點，采用向空氣流中噴入霧化水來模擬流動濕蒸汽的方法對電容傳感器進(jìn)行了標(biāo)定實驗；鑒于目前還沒有能夠產(chǎn)生既定蒸汽濕度的裝置，設(shè)計了一套“電容傳感器濕飽和蒸汽標(biāo)定系統(tǒng)”。 本文通過研究水和水蒸氣的介電常數(shù)隨溫度、壓力的變化趨勢，結(jié)合介電理論論證了電容法用于流動濕蒸汽濕度測量的可行性。所設(shè)計的傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、工作穩(wěn)定、造價低廉等優(yōu)點。傳感器標(biāo)定實驗結(jié)果表明，隨氣

3、流濕度的增大，輸出頻率值逐漸降低，這與理論分析結(jié)果相一致。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，對傳感器的部分性能指標(biāo)進(jìn)行了評估，得出了濕度與頻差間的函數(shù)關(guān)系。 應(yīng)用CFD方法對傳感器結(jié)構(gòu)對氣流流場產(chǎn)生的影響、兩相噴嘴的外部流場特性，以及空氣一噴霧系統(tǒng)中粒子分布情況進(jìn)行了模擬分析。研究結(jié)果表明，當(dāng)空氣流過傳感器時，其速度方向基本沒有發(fā)生變化，圓筒形極板對來流產(chǎn)生了節(jié)流作用，極板間氣流速度較入口速度有所增大，在最內(nèi)層極板處，氣流速度達(dá)到了最大，但極板間其

4、余位置的速度分布比較均勻，沒有產(chǎn)生較大的速度梯度；傳感器對氣流產(chǎn)生了一定阻力，但造成的壓降很小，幾乎可以忽略。對于兩相流噴嘴，不同的入口速度條件下，氣流的軸向速度都是在噴嘴出口位置達(dá)到最大，且在很短的距離內(nèi)噴出速度會產(chǎn)生非常劇烈的變化，噴嘴入口氣流速度越大，其出口位置噴出速度和振蕩幅度也越大。隨著噴嘴出口氣流速度的增大，計算域內(nèi)的回流現(xiàn)象會逐漸變得不明顯，流線逐漸變得扭曲，流場的湍流強度逐漸增大。噴霧粒子在混合器入口和出口的中間部位密度