Измерение параметров двухфазной среды методом трассерной визуализации
Введение
В настоящее время наблюдается повышенный интерес к изучению двухфазных сред, которые могут быть представлены как распределенными в воздухе твердыми частицами, так и жидкими или даже твердыми и газообразными в жидкой среде. Это объясняется возросшей ролью таких сред в процессах получения и преобразования тепловой энергии, при решении проблем строительства, здравоохранения, защиты окружающей среды (контроль выхлопных газов, различных загрязнений воздуха). Не менее важным является изучение двухфазных сред, применяемых в судостроении. В судовых ядерных энергетических установках (ЯЭУ) и газотурбинных установках (ГТУ), например, двухфазные среды являются рабочими телами. Это - пароводяная смесь в парогенераторах и влажный пар в турбинах ЯЭУ, морской воздух, содержащий капли воды и твердые частицы, в ГТУ, топливно-воздушная смесь в камерах сгорания судовых дизелей и др.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
1 Анализ средств измерений дисперсного состава двухфазных сред по размерам частиц 7
1.1 Обоснование выбора оптического метода 7
1.2 Общая классификация оптических методов 10
1.3 Критерии выбора приборов для контроля двухфазных сред 11
1.4 Общие требования к средствам измерения 14
2 Одночастичные методы 16
2.1 Амплитудный метод 16
2.1.1. Измерение скоростей частиц потоков газовых сред с помощью однолучевого лазерного анемометра 16
2.1.2 Измерение размеров частиц потоков газовых сред 22
2.1.3 Турбина низкого давления как объект приложения амплитудного метода 34
2.2 Однолучевая схема для измерения скоростей частиц 37
2.2.1 Установка для измерения скорости частицы 38
2.2.2 Структурная схема установки для измерения скорости частицы 38
2.2.3 Алгоритм обработки сигнала 39
3 Метод трассерной визуализации 44
3.1 Описание метода трассерной визуализации 44
3.2 Принцип метода 45
3.3 Установка для измерения скорости частицы 48
3.4 Структурная схема установки для измерения скорости частицы 49
3.5 Тестовый стенд для проведения опытов (Пузыри в воде) 50
3.5.1 Принцип работы и схема стенда 50
3.6 Оптика 52
3.7 Сенсор 54
3.7.1 Основные принципы работы сенсора APDS9500. 56
4 Методы анализа изображений. 57
5 Алгоритм анализа изображения 63
5.1 Описание работы алгоритов 64
5.2 Иллюстрация работы алгоритмов 66
Заключение 67
Список литературы 69
Приложение 70
Список литературы
1. Семидетнов Н.В., Павловский В.А. Отчет о НИР. Разработка и внедрение методики комплексного исследования двухфазных потоков паровых сред в условиях каплеударного и статических пародинамических стендов на базе использования оптических методов – Л.: 1988
2. Семидетнов Н.В. Отчет о НИР. Исследование оптических методов комплексного измерения параметров двухфазных потоков – Л.:1997
3. Семидетнов Н.В. Моделирование сигнала лазерных анемометров при измерениях скоростей и размеров частиц в двухфазных потоках - Научно-Технический журнал «Известия высших учебных заведений. Приборостроение» № 7 – СПб.: Университет ИТМО, 2007.
4. Боровой В.Я. Метод лазерного ножа для диагностики двухфазных течений - Минск: НТМО им. А.В. Мискова, 1978.
5. Смирнов В.А. Введение в оптическую радиоэлектронику - М.: Советское радио, 1973.
6. Ринкевичюс Б.С. Лазерная диагностика потоков - М.: МЭИ, 1990.
7. Беляев С.П. и др. Оптико-электронные методы изучения аэрозолей - М.: Энергоиздат, 1961.
8. Диденко А.А, Бирюк В.В., Лукачев С.В., Матвеев С.Г. Лазерно-оптические методы диагностики процессов горения: учебное пособие – Самара: Изд-во Самар. гос. аэро-косм. ун-та, 2006.
9. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Оптика атмосферного аэрозоля, Том 4 – Л.: ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ, 1987.
9. Захарченко В.М. Измерение скорости потока лазерным однолучевым время-пролетным методом – «Ученые записки ЦАГИ», т. IV, № 2, 1975.
10. Захаров Д.Л. Отработка методики измерения полей скоростей и концентраций с помощью PIV в течениях характерных для ГТД - Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск № 45, 2011.
Требование к чистоте питательной воды на столько жестки, что с паром поступают ничтожные количества агрессивных примесей. Однако, к сожалению, в турбинах действуют еще недостаточно изученные механизмы концентрирования этих примесей. Кроме жидких примесей в воде и паре на поверхности лопаток могут образовываться и твердые отложения. Содержащиеся в них хлориды могут вызвать язвенную коррозию с последующим развитием трещин. Разрушение рабочих лопаток ЦНД, связанных с коррозией, по зарубежным данным составляют около 50% разрушений лопаток в этом цилиндре.