肿瘤治疗电场的双层金属丝网传感器电场测试方法研究

目的提出并验证了一种双层金属丝网传感器(MWMS)测量肿瘤治疗电场(TTFields)的新方法。方法通过COMSOL建立圆柱模型并进行仿真,验证了双层MWMS的有效性。明胶和NaCl按照一定比例配置来模拟头颅内部组织和用猪肌肉替代肿瘤组织,并设计单层MWMS测量系统验证单层MWMS测量效果。结果仿真结果表明,双层MWMS在测量精度上明显优于单层MWMS。实际测试结果表明,单层MWMS可以测出模拟头颅内部组织区域的电场强度和猪肌肉所在位置。结论双层MWMS为TTFields的电场测量提供了更加精确的工具。

用于探测液态金属-气体的DLC涂层式丝网探针数值模拟与结构优化

液态金属-气体两相流是铅冷快堆在蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故下的物理现象之一,考虑到液态金属的不透明性、腐蚀性及高温性,本文提出一种类金刚石(DLC)涂层式丝网探针(WMS)对液态金属-气体两相流相态分布进行探测。基于COMSOL软件,建立了涂层式WMS的数值模型并进行了实验验证,通过电场模拟阐明了该新型探针应用于含液态金属气液两相流的可行性。进一步地,通过改变丝网电极的间距与直径、涂层的厚度,研究了结构参数对涂层式WMS测量精度的影响。结果表明,电极丝横向间距为2~3 mm、垂直间距为1.5~2 mm时,WMS测量精度较高,而涂层厚度和电极丝直径的影响较小。本研究可指导DLC涂层式WMS在液态金属-气体两相环境中的实际应用,并为分析SGTR事故后的多相分布提供技术基础。

网状静电传感器弯管处颗粒速度与浓度的测量

为了对气力输送管道进行实时监控,并且提高炉膛内的燃烧效率,需要对气力输送管道中颗粒的速度与浓度分布进行测量。采用一种网状结构的静电传感器测量气力输送管道弯管处的颗粒速度与浓度分布。为了研究传感器的特性,首先建立了网状静电传感器的有限元模型。根据有限元仿真结果,优化网状静电传感器的设计,使其拥有更高更均匀的灵敏度分布,在实验室规模颗粒流实验平台上进行了实验研究。通过对上下游平面对应位置网状电极所得静电信号进行互相关运算,可以估测颗粒的轴向速度分布;通过对同一平面网状电极静电信号的均方根值进行重建,可以得到固体颗粒的相对浓度分布。实验研究表明,该网状静电传感器可以用来测量气力输送管道弯管处颗粒速度与浓度分布。

基于网状静电传感器鼓泡流化床运行参数监测

为了深入研究流化床中颗粒的流动特性和优化流化床反应器的性能,需要对流化床的运行参数如流速和电荷分布进行实时地监测。由于灵敏度高且分布均匀,网状静电传感器被用来在实验室规模鼓泡流化床上测量固体颗粒的速度廓形和电荷分布。固体颗粒的速度廓形是通过对上下游平面对应位置的静电信号进行互相关计算得到的。网状电极上的感应电荷可以通过静电信号的均方根(RMS)估算。根据电荷重建算法,利用所有电极上的感应电荷重建截面处固体颗粒的电荷分布。研究结果表明:网状静电传感器可以捕捉到鼓泡流化床床壁附近的下落颗粒;由于流化床内颗粒速度廓形的影响,传感器中心处电极上的感应电荷量大于床壁附近电极上的感应电荷量,并且重建结果显示流化床截面电荷分布相对均匀。

基于丝网传感器的气水两相流流型转换测量

两相流流型有助于两相流体结构与运动规律的研究,是开展气水两相流研究的基础。为了探究各种流型之间转换过程中的流体动力学现象,利用丝网传感器(Wire Mesh Sensor,WMS)通过对50 mm内径的垂直管道不同流动条件下各种流动形态的空隙率、气泡分布及其变化过程成像测量表明在水相表观流速不变,气相表观流速增加的条件下,从泡状流到弹状流过渡过程中,均匀分布的离散小气泡密度逐渐增加,管道中心气泡浓度逐渐高于管壁,管道中心小气泡开始碰撞聚合形成大气泡;随着水相表观流速减小,进一步增加气相表观流速,弹状大气泡破裂成若干不规则气泡,向下一个流型过渡。

一种新型网丝传感器优化设计

基于COMSOL仿真软件,对新型的网丝传感器进行了仿真研究,并针对原油高含水情况下油分相含率检测,优化设计网丝式传感器结构。根据油滴尺寸、网格细分以及重建图像等问题提出了分块多阈值算法。仿真实验表明,基于分块多阈值算法进行图像重建,明显改善图像质量,提高了油分相含量检测精度。

基于丝网探针的螺旋管内气液两相流气泡行为研究

核反应堆蒸汽发生器的传热面由螺旋管束组成。螺旋管的三维螺旋结构使得泡状流和塞状流等气液两相流中的气泡在重力、离心力和浮力等作用下在管道内部呈现不对称的相分布状态,两相滑移速度增大,显著影响换热性能并导致DNB型传热恶化难以预测。实验介质为空气-水,结合自主开发的电导式丝网探针技术并发展先进的数据后处理算法,实现了复杂流场的三维时空重构和离散气泡粒径的精细测量,获得了螺旋管内泡状流和塞状流的截面空泡分布规律。基于研究结果,可根据气泡分布规律对螺旋管道的几何结构进行调整以避免传热恶化,为螺旋管式蒸发器的安全设计提供了基础数据和优化思路。

丝网传感器的气液两相流可视化测量特性研究

关于丝网传感器(WMS)可视化测量能力已有学者采用多种流体可视化技术进行了研究评估,数值仿真方法以其低成本、灵活多样优势受到了广泛关注,但瞬态流场-电场的WMS耦合仿真评估鲜有报道。针对空间分辨率3.125 mm,16×16电导型WMS,基于电场域中被测介质局部电导率与流体相含率的线性关系提出了流场-电场耦合方法。采用COMSOL实现了分层流、环状流和段塞流的气液两相流体仿真以及相应的耦合计算,结果表明WMS测量重构图、电流密度模值分布等信息与真实气液相分布严格对应,证明WMS具有出色的可视化测量能力和耦合方法的可行性。此外采集了不同液位高度静态分层流WMS实验数据,并与仿真数据进行分析对比,二者测量归一化值重构图与静态流体分布相吻合,表明了仿真模型的可靠性,以及测量值归一化处理能有效修正因WMS“边缘电场畸变”造成的边缘点测量值与流体分布之间的非线性映射关系,确保整个横截面上两者之间的一致线性映射。

基于线列阵传感器的射流冲击试验含气率分布研究

射流冲击是一种气-液两相流现象,既可作为一种除盐水混合硼酸的有效方法,也可用于研究压水堆(PWR)的承压热冲击(PTS)事故现象。当液体射流撞击水面时,发生气体夹带现象,并产生气泡,气泡夹带对混合过程起到关键的影响作用。研究了不同射流高度和流速下的含气率分布,设计了一种新型三层可移动线列阵传感器(WMS)测量瞬时二维局部空隙率,具有较高的空间分辨率(3 mm)和极高的时间分辨率(2 500 Hz),基于线列阵传感器测量的原始数据,获得了射流冲击中气体夹带的含气率分布,对比分析了不同射流高度和流速下的平均含气率分布。

基于WMS的无旋和螺旋气液两相流流型及空泡份额实验研究

为探究气液两相流流型从无旋状态转变为螺旋状态前后的流型特征及空泡份额时空分布特性,基于高速摄影仪和自主开发的丝网传感器(WMS)测量技术,对内径为30 mm的水平管内起旋装置作用下空气-水两相流的相态时空演变特性进行了可视化实验研究。结果表明,在起旋器诱导的离心力作用下,流场内存在明显的气泡聚并行为和液滴沉积现象,其中,泡状流将转变为螺旋气柱流,塞状流转变为螺旋间歇流,弹状流转变为螺旋环状流,环状流转变为螺旋丝带流;相比于弹状流和环状流,泡状流和塞状流的截面平均空泡份额在起旋器出口波动幅值明显减弱,但离心力场并未明显改变各流型从无旋状态转变为螺旋状态前后的截面平均空泡份额。

一种测量气-液两相流的线列阵传感器设计

针对气—液两相流研究对含气率测量的需求,基于线列阵测量技术原理,设计了一种可移动式线列阵两相流测量传感器,该传感器具有较高的空间分辨率(3 mm)和极高的时间分辨率(2 500 Hz),设计了线列阵传感器标定和含气率算法,实现了瞬时二维局部含气率的测量。经过射流冲击试验验证表明:该线列阵传感器结构稳定,基于原始测量数据,采用标定和含气率求解算法,可计算气泡夹带现象在水平截面的平均含气率分布情况。

稠密栅对气泡形状影响特性的实验研究

采用双组丝网传感器(WMS)测量双子通道稠密栅棒束流道内气-液两相流流动结构,研究了不同尺寸的气泡的形状特性。实验为常温常压下的空气-水两相流实验,液相表观流速范围为0.921~1.84 m/s,气相表观流速范围为0.0770~1.103 m/s,实验流型包含泡状流、泡-帽状流和弹状流。由于稠密栅窄缝尺寸较小,帽状气泡会被限制在单个子通道内,并且帽状气泡会在2个子通道内交替排列。随着气泡尺寸的增加,会形成穿过窄缝横跨2个子通道的弹状气泡。

基于丝网传感器的5×5棒束通道空泡分布测量研究

为研究压水反应堆燃料组件棒束通道内的两相分布规律,设计并制造了适用于棒束通道的丝网传感器模块,开展了5×5棒束通道内空气-水泡状流的空泡分布测量实验,分析了棒束通道内空泡份额的分布规律及气泡尺寸对空泡分布的影响。实验结果表明,发生横升力方向反转的小气泡在壁面附近聚集、大尺寸气泡则聚集在子通道中心;常温常压下发生横升力方向反转的临界气泡直径在4~6 mm之间,证明了横升力模型在棒束通道中的适用性。