УДК 681.4:532.529.5

АМПЛИТУДНО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ЧАСТИЦ В ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКАХ

Зотов А.Р., Болдина О.Б., Семидетнов КВ.

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет,

Россия

В настоящее время наблюдается повышенный интерес к изучению двухфазных сред, что можно объяснить возросшей ролью таких сред в процессах получения и преобразования тепловой энергии в другие виды энергии, при решении проблем строительства, здравоохранения, защиты окружающей среды. Двухфазные среды могут быть представлены распределенными в воздухе твердыми и жидкими частицами, а также твердыми и газообразными в жидкой среде. В судовых ядерных энергетических установках (СЯЭУ) и газотурбинных установках (ГТУ), например, двухфазные среды являются рабочими телами; это - пароводяная смесь в парогенераторе и влажный пар в турбинах ЯЭУ, топливно-воздушная смесь в камерах сгорания судовых дизелей.

В турбостроении важно иметь информацию о распределении микрокапель конденсата по размерам за последней ступенью турбины низкого давления. Такие измерения производятся оптическими методами, например, методом спектральной прозрачности, с помощью фазового доплеровского анемометра или оптических счетчиков частиц амплитудного типа. Однако эти методы имеют свои недостатки.

В настоящей работе, альтернативно стандартному оптическому счетчику, рассматривается амплитудно-статистический счетчик частиц, который основан на неравномерном освещении в измерительном объеме. Метод предполагает строго определенное и известное распределение интенсивности в перетяжке пучка. Регистрируя статистику распределения амплитуд импульсов, полученных от частиц потока, после математической обработки измеренного распределения можно исключить влияние координаты пролета. Таким образом, удается получить распределение амплитуд импульсов, непосредственно связанное с распределением частиц по размерам и восстановить искомое распределение.

В представленной работе решается следующие задачи: исследование и анализ вариантов построения оптической части прибора, отработка алгоритма обработки измеренной статистики амплитуд импульсов, оценка необходимого размера выборки и ряд других. На первом этапе исследуются варианты оптической схемы прибора, как в отношении выбора характеристик освещения (моно- полихромный), так и в отношении параметров приемной части схемы, моделируются расчетом характеристик рассеяния по теории Ми. Далее методом компьютерного моделирования исследуется полное функционирование виртуального прибора для нескольких выбранных вариантов оптической схемы.

В работе приводятся результаты расчетов и рекомендации по практической реализации метода.