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同轴式电容传感器测量流动蒸汽湿度的研究

同轴式电容传感器测量流动蒸汽湿度的研究

作者：张鹏飞哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

蒸汽湿度的测量在监测蒸汽发生器产生的蒸汽品质、评判汽水分离装置工作效率、监测汽轮机级间和出口处蒸汽湿度、保证汽轮机的经济与安全运行等方面具有重要的意义。但到目前为止,无论热力学法、光学法还是微波法等测量方法,都还不能很... 详细信息

蒸汽湿度的测量在监测蒸汽发生器产生的蒸汽品质、评判汽水分离装置工作效率、监测汽轮机级间和出口处蒸汽湿度、保证汽轮机的经济与安全运行等方面具有重要的意义。但到目前为止,无论热力学法、光学法还是微波法等测量方法,都还不能很好地解决蒸汽湿度准确测量的问题。由电容法测量原理可知,不同湿度蒸汽的介电常数有很大不同,当其流经电容传感器时,输出电容值有较大差异。本文据此设计搭建了电容法测量流动蒸汽实验台,开发了一种同轴圆筒式电容传感器,自行研制了两种不同结构形式的蒸汽湿度调节装置,分别为A型(螺旋导流片式)和B型(插管式)。A型能够实现对蒸汽湿度较大程度的调节,B型能够实现对蒸汽湿度小范围的调节。基于热平衡原理自行设计了蒸汽湿度标定系统。文中分别针对电容传感器水平和竖直放置进行了实验研究,研究了电容传感器的时漂以及蒸汽流量和蒸汽湿度对电容传感器输出特性的影响。结果表明：电容传感器时漂较小,输出稳定;传感器输出电容值与蒸汽流量大小无关;在所测湿度范围内,传感器水平放置时,随着蒸汽湿度增大,输出电容值呈线性增长趋势;在所测湿度范围内,传感器竖直放置时,其输出电容值随蒸汽湿度增大呈指数增长趋势。另外,本文基于FLUENT软件,采用SIMPLE计算方法,通过UDF二次开发功能,实现了电场参数与流场参数的交换,对电容传感器内部流场和电场的耦合特性进行了数值模拟研究,并与实验结果进行了比较分析。结果表明：对于双层极板电容传感器,由于边界层的影响,蒸汽流速在传感器极板壁面附近降低,在远离壁面处流动稳定;传感器极板壁面附近蒸汽带电,远离壁面处蒸汽基本不带电。对于多极板电容传感器,电荷主要集中分布在极板壁面附近;施加外电场后,对传感器极板壁面附近蒸汽的径向流速影响较大;当蒸汽流量不同时,实验所测电容值与数值模拟电容值相近,最大相差6%;当蒸汽湿度不同时,实验所测电容变化与模拟值变化趋势基本相同,最大相差3%。

关键词：电容传感器蒸汽湿度实验研究数值模拟耦合

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基于傅立叶变换的蒸汽湿度测量系统的研究

基于傅立叶变换的蒸汽湿度测量系统的研究

作者：王丹华北电力大学

学位级别：硕士

汽轮机内蒸汽湿度的大小和分布状况直接影响汽轮机运行的经济性和安全性。因此,对蒸汽湿度进行在线、实时、准确地监测具有重要意义。在本文中,首先通过对比现阶段的各种蒸汽湿度测量方法的优缺点,选择了具有连续、无需接触特性的微扰... 详细信息

汽轮机内蒸汽湿度的大小和分布状况直接影响汽轮机运行的经济性和安全性。因此,对蒸汽湿度进行在线、实时、准确地监测具有重要意义。在本文中,首先通过对比现阶段的各种蒸汽湿度测量方法的优缺点,选择了具有连续、无需接触特性的微扰谐振腔测湿方法,并分析了微扰法测频原理和腔内蒸汽湿度与谐振腔谐振频偏的关系理论,以及影响谐振腔谐振频率的干扰因素。其次,根据蒸汽测湿对于快速性和易实现性的需要,设计了基于傅里叶变换的蒸汽湿度测量模拟系统。系统中,通过研究关于正弦信号离散傅里叶分析所存在的特殊问题,得出采样速率需为信号速率大于4的整数倍,和为准确恢复信号幅频特性,离散采样点数需为正弦信号若干整周期的结论。然后,通过应用FILTERCAD, MAX274设计软件与LTC1562, MAX274芯片制作了新型的,具有高精确度的谐振电路来模拟充满湿蒸气的谐振腔,并按照正弦信号采样要求,应用NI数据采集卡进行数据采集,对于采集所得离散点应用LABVIEW(?)MATLAB软件进行傅里叶分析和频谱寻峰,进而求得模拟测湿系统的“蒸汽湿度”。为了能够得到更加精确的蒸汽湿度值,对系统实验结果进行了频谱泄露问题分析,给出了“变采样率、采样点数法”,“系统函数消除频谱泄露法”两种改进方案,对改进方案的正确性进行了理论推导和性能比较,并选择后者为最终改进方案。最后,按照已经实验成功的改进模拟测湿方案,在现有条件下搭建了微波频段的基于傅里叶变换的谐振腔蒸汽湿度测量系统。由于实验室设备与环境的限制,通过手动调节谐振腔谐振频点使得被采集信号频率落在NI数据采集卡采集范围内,完成了谐振腔内蒸汽湿度的测量,证明了基于傅里叶变换的蒸汽湿度测量系统不但具有良好实时性和可实现性而且达到了很好的测量精确度。为了使基于傅里叶变换的蒸汽湿度测量系统的各功能部件更加模块化,能够进一步适用到火电厂的汽轮机湿度在线监测中,研究并选择了精确度较高、性价比高、符合测量要求的A／D转换部分、数字下变频模块、DSP处理芯片的设计方法,为下一步研究工作提供了方向。

关键词：蒸汽湿度谐振特性傅里叶变换频谱泄露数据拟合

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螺旋加热流动蒸汽湿度测量装置优化研究

螺旋加热流动蒸汽湿度测量装置优化研究

作者：张文举东北电力大学

学位级别：硕士

作为火电厂与核电厂的主要设备,汽轮机安全、高效的运行将直接影响着电厂的安全性和经济性。蒸汽湿度对汽轮机的安全和经济运行有着重要影响,蒸汽湿度在线监测装置的设计优化,能更好地实现蒸汽湿度的在线精确测量,从而为汽轮机的安全和... 详细信息

作为火电厂与核电厂的主要设备,汽轮机安全、高效的运行将直接影响着电厂的安全性和经济性。蒸汽湿度对汽轮机的安全和经济运行有着重要影响,蒸汽湿度在线监测装置的设计优化,能更好地实现蒸汽湿度的在线精确测量,从而为汽轮机的安全和经济运行提供依据。针对采用内置螺旋结构、双区变界加热法为原理设计的汽轮机排汽湿度在线监测装置的工业试验数据,本文进行分析。数据分析表明:汽轮机排气湿度与实际运行负荷变化趋势一样;蒸汽被完全蒸发时的汽化长度与加热功率成反比,与汽轮机负荷成正相关;在设计电压为220V时,单位长度的加热功率为1250W/m时能满足设计要求。为了优化螺旋探针设计,提高蒸汽湿度测量精度,本文利用FLUENT软件对工业试验的螺旋探针进行数值模拟,分别对连续相和离散相进行分析。对连续相（气相）模拟结果分析表明:流道的堵塞与流速、压降和加热热流密度有关;压差和流速正相关;流道的压降与加热功率正相关;不考虑入口堵塞情况下,功率的变化与流速正相关。对离散相（水滴）与连续相耦合模拟主要分析湿蒸汽完全汽化与水滴参数（蒸汽流速、蒸汽湿度、水滴直径、加热功率等）的关系。将相同加热功率下的水滴被完全汽化的长度和试验数据进行了对比,试验值与模拟值误差在5.8%以内,表明数值模拟结果是可信的。由于汽化长度对湿度的测量精度影响较大,本文在数值模拟计算汽化长度时,通过水滴的质量分数沿流场流动方向的分布和跟踪水滴粒子的轨迹来判断,使模拟结果更为可靠,从而为优化湿度测量装置的设计提供了依据。依据数值模拟结果,本文对原湿度测量装置给出优化建议:温度传感器应密集分布在区间34～870mm;材料物性参数温度415～553K可以作为选择壁面耐热性材料的标准;螺距对压降影响可以忽略,可以适当减小螺距来增长蒸汽流道;在流道入口可以设计锥角60°的广角形;加热热流密度不应该超过9000W/m。论文的研究结果为汽轮机排汽湿度在线监测装置的进一步优化设计,提高测量的准确性和可靠性提供了重要依据。

关键词：蒸汽湿度水滴轨迹汽化长度堵塞数值模拟

应用光学法饱和蒸汽湿度仪测量汽轮机末级蒸汽湿度

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动力工程 1997年第4期17卷 71-76页

作者：卫敬明张志伟蔡小舒郑刚王乃宁杨其国侯少华汪洋上海上海理工大学哈尔滨汽轮机有限责任公司

目前，在国内外可以用来测量汽轮机中蒸汽湿度的仪器尚不多见。该文主要介绍光学法饱和蒸汽湿度仪的基本原理、仪器结构及其在内蒙丰镇电厂２００ＭＷ汽轮机上进行末级湿度测量的试验情况。试验结果表明：该仪器结构合理、性能良好、测... 详细信息

目前，在国内外可以用来测量汽轮机中蒸汽湿度的仪器尚不多见。该文主要介绍光学法饱和蒸汽湿度仪的基本原理、仪器结构及其在内蒙丰镇电厂２００ＭＷ汽轮机上进行末级湿度测量的试验情况。试验结果表明：该仪器结构合理、性能良好、测试结果可信，可满足电厂汽轮机湿度在线测量的需要。

关键词：汽轮机蒸汽湿度光散射法饱和蒸汽湿度仪试验

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超声波法蒸汽湿度测量方案可行性研究

超声波法蒸汽湿度测量方案可行性研究

作者：胡雪音哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

湿饱和蒸汽是压水堆核动力装置的主要工作介质,蒸汽的湿度大小将直接影响蒸汽轮机、蒸汽管道、阀门等蒸汽过流设备的安全性和经济性。现有的湿度测量方法本身也存在诸多缺陷,如热力学法、示踪法无法实现在线测量,光学法现场适应能力较差... 详细信息

湿饱和蒸汽是压水堆核动力装置的主要工作介质,蒸汽的湿度大小将直接影响蒸汽轮机、蒸汽管道、阀门等蒸汽过流设备的安全性和经济性。现有的湿度测量方法本身也存在诸多缺陷,如热力学法、示踪法无法实现在线测量,光学法现场适应能力较差,微波法测量精度不足,射线方法操作复杂、安全要求高等。因此,提出、研究并验证一种满足现代工程测量要求的新型湿度测量方法具重要意义。鉴于介质声速与两相流湿度之间存在较强的关联性,本文提出基于超声波探测技术的声速法两相流湿度测量方案。首先,本文通过引入一些合理化假设条件,提出声速法湿度测量方案初始理论模型。理论分析表明,介质湿度仅是关于声速和温度两个直接变量的函数,直接测量变量较少,该湿度测量模型整体结构比较简单;接着,以空气-液滴为对象开展冷态实验研究,实验研究结果表明,随着湿度的增加,介质声速逐渐减小,两者具有较强的线性关系,在00%的湿度范围内,声速变化量约为22 m/s。在实验研究的基础上,利用数值模拟方法研究空气-液滴两相流体的温度、压力以及参量对介质声速的影响。结果表明,介质声速随温度的升高而增大,声速与温度大致呈线性关系;声速随着系统压力的增加而增大,但该过程中声速的压力系数逐渐减小,压力增加至300kPa后,介质声速随压力变化明显趋缓。综合以上实验和数值模拟研究结果,本文认为,基于超声探测技术的声速法蒸汽湿度测量方案具有一定的可行性,值得进行更进一步的研究。

关键词：蒸汽湿度超声探测声速法非接触测量

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微波圆柱腔蒸汽湿度测量方法及误差分析

微波圆柱腔蒸汽湿度测量方法及误差分析

作者：张天浩华北电力大学

学位级别：硕士

湿蒸汽湿度对汽轮机的安全经济运行具有较严重的影响。因此蒸汽湿度的准确测量具有重要的意义。论文首先分析了湿蒸汽等效复介电常数模型,得到了蒸汽湿度和湿蒸汽介电常数之间的关系;阐述蒸汽湿度测量原理,基于谐振腔介质微扰理论,得到... 详细信息

湿蒸汽湿度对汽轮机的安全经济运行具有较严重的影响。因此蒸汽湿度的准确测量具有重要的意义。论文首先分析了湿蒸汽等效复介电常数模型,得到了蒸汽湿度和湿蒸汽介电常数之间的关系;阐述蒸汽湿度测量原理,基于谐振腔介质微扰理论,得到了在TE模式下谐振频偏与湿度的关系,以及在TE和TE模式下水膜厚度与谐振频偏之间的关系式。其次采用了精英保留策略以及动态的交叉与变异相结合的遗传算法求解水膜厚度与湿蒸汽之间的关系式,实现了水膜厚度的快速,准确求解。接着采用热结构耦合,仿真分析了不同温度下的热形变。根据腔体有效部分内表面变形值,分析了腔体变形对谐振腔谐振频率的影响。为了在一定程度上消除温度带来的影响,引入了参考腔,设计了一种双模/四通道系统测量模型,分析了基准频率不同对湿度测量带来的影响。接着仿真分析了测量腔和参考腔的形变量,分析计算了由于参考腔与测量腔形变不同对湿度测量的误差影响。最后根据谐振腔内电介质在交变电场的状态下,分析了交变电场下电介质内的极化过程,推导了交变电场作用下电介质内电场的表达式。基于推导的交变电场作用下电介质内的电场方程,对谐振腔介质微扰公式进行了改进。利用HFSS软件分别仿真分析了同轴腔和圆柱腔在不同频率、不同介质下微扰前后介质内电场大小的变化,证明了交变电场作用下电介质内电场方程的正确性。基于改进后的介质微扰公式,将仿真数据与介质微扰公式改进前后理论数据进行对比分析,结果表明改进后的微扰公式可以较准确的测量谐振频率与湿度和水膜厚度之间的关系,证明了改进后的介质微扰公式的适用性,提高了湿度测量精度。

关键词：微波测量蒸汽湿度水膜厚度遗传算法热形变交变电场

基于图像技术的核电站汽轮机蒸汽湿度测量方法的研究

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基于图像技术的核电站汽轮机蒸汽湿度测量方法的研究

作者：李群林湖南大学

学位级别：硕士

目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆、快堆和改进型气冷堆,压水反应堆应用最广泛。压水堆核电站所使用的汽轮机属于饱和蒸汽型。在汽轮机中,随着过热蒸汽逐级膨胀做功,其压力不断降低,进入饱和区后产生自发凝结,部... 详细信息

目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆、快堆和改进型气冷堆,压水反应堆应用最广泛。压水堆核电站所使用的汽轮机属于饱和蒸汽型。在汽轮机中,随着过热蒸汽逐级膨胀做功,其压力不断降低,进入饱和区后产生自发凝结,部分蒸汽凝结成水,以十分细小水滴的形式悬浮,形成湿蒸汽。现有的测量方法主要有示踪剂法、光散射法、热力学法和图像测量法等。图像测量法利用高速摄像技术获取湿蒸汽图像,利用图像处理的方法取得水滴的直径、速度、分布等参数,是目前获得水滴尺寸图谱最直接和最可靠的技术。图像测量就是把图像当作检测和传递信息的手段或载体加以利用的测量方法。文章介绍了使用图像测量法测量蒸汽发生器出口和蒸汽轮机中蒸汽的水滴尺寸测量装置和方法。论文详细介绍了摄像系统和显微系统的光学原理,设计出显微成像光路,并利用物方远心光路提高图像测量的精度;研究并设计了采用直杆内窥镜和纤维内窥镜的测量探针装置;蒸汽中的水滴体积小且高速流动,选用Dicam-Pro型高速像增强摄像机,它具有极短的曝光时间,且集成了像增强器件,可测得绝大部分直径的水滴。论文设计了基于DM642的图像采集系统,通过数字视频接口来获取摄像机的图像数据,为了减少数据传输量和存储量,采用静止图像压缩标准JPEG的压缩方式对图像数据进行压缩,通过以太网将压缩后的图像传给远程服务器处理。上位机服务器对图像滤波、边缘提取和细化等预处理,再进行二值化、封闭区域填充、边界追踪、图形分割等处理后可将各个水滴图像从图像中分离出来;采用像素点间接测量方法对水滴直径进行测量,绘制出蒸汽中水滴尺寸分布直方图,最后估计出蒸汽的湿度。论文设计了探针系统和图像采集系统,对水滴图像处理的方法进行了验证,给出了由蒸汽水滴尺寸分布推导出蒸气湿度的过程。

关键词：核电站汽轮机蒸汽湿度显微成像图像采集图像测量

基于激光后向散射的汽轮机末级蒸汽湿度测量方法研究

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基于激光后向散射的汽轮机末级蒸汽湿度测量方法研究

作者：焦烨长沙理工大学

学位级别：硕士

汽轮机末级蒸汽湿度的存在不仅会导致叶片水蚀，而且降低汽轮机的效率，以致影响整个电厂的安全性和经济性。因此，末级蒸汽湿度的测量是汽轮机的研究中亟待解决的问题。为此，本文提出了一种基于后向散射理论测量湿蒸汽的方法。 1、论... 详细信息

汽轮机末级蒸汽湿度的存在不仅会导致叶片水蚀，而且降低汽轮机的效率，以致影响整个电厂的安全性和经济性。因此，末级蒸汽湿度的测量是汽轮机的研究中亟待解决的问题。为此，本文提出了一种基于后向散射理论测量湿蒸汽的方法。 1、论文围绕蒸汽湿度后向散射的测量问题展开研究，分析了汽轮机中蒸汽湿度的分布特性，阐述了湿蒸汽对汽轮机和整个机组的影响，介绍了目前存在的各类蒸汽湿度测量方法，对比分析了各种方法的优缺点，并分析了基于后向散射法测量蒸汽湿度的可行性。 2、根据米散射理论建立仿真物理模型，仿真得到散射光强与水滴尺寸、接收距离等参量之间的关系。结果表明散射光强和水滴颗粒数目成线性关系，且接收距离为0.5mm和接收角度为175°时，散射光强最大。 3、基于仿真结果，在模拟湿蒸汽发生器平台上开展了湿蒸汽后向散射实验研究，在四组工况下，对模拟湿蒸汽发生器上的四个截面进行光功率测量。结果表明：不同截面下散射光强也不同，第三截面明显高于其他截面的后向散射光强，第二截面的30°散射和60°散射光强相近，且其他截面中30°后向散射光明显强于60°后向散射光;通过对其中一个工况下的散射光图像的灰度值分析，发现相同截面条件下散射角度越小，散射光强越大，30°散射角度测量的灰度值约为60°时测量值的2倍;在不同截面下相同的接收角度其灰度值相近，说明模拟湿蒸汽发生器内的湿蒸汽分布近似均匀。论文的研究结果表明，利用后向散射测量蒸汽湿度的方法是可行的。

关键词：汽轮机蒸汽湿度米散射后向散射 CCD测量

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蒸汽湿度的测量方法

节能 1982年第1期 10-11页

作者：毛诗琪冶金部鞍山热能研究所

蒸汽湿度就是指蒸汽中的带水量,用重量百分数表示,字母符号 W。干饱和蒸汽的湿度 W=0%,而饱和水的湿度 W=100%。一般工业锅炉生产的大多数是饱和蒸汽,随着各种锅炉构造不同,其蒸汽湿度变化也较大。例如,快装锅炉的负荷接近额定负荷时,... 详细信息

蒸汽湿度就是指蒸汽中的带水量,用重量百分数表示,字母符号 W。干饱和蒸汽的湿度 W=0%,而饱和水的湿度 W=100%。一般工业锅炉生产的大多数是饱和蒸汽,随着各种锅炉构造不同,其蒸汽湿度变化也较大。例如,快装锅炉的负荷接近额定负荷时,蒸汽湿

关键词：蒸汽湿度热平衡法氯根炉水蒸汽热热力学性质硝酸银硝酸盐