5.3. Определение истинного паросодержания в трубах методом просвечивания γ-излучением
Рассмотренный выше метод просвечивания γ-излу-чением для определения структуры потока относится к слу-чаю, когда просвечивание ведется узким пучком. Досто-инство этого метода состоит в том, что он позволяет найти распределение фаз по сечению любого канала (пучок стержней или круглая трубка), а также на основе локальных значений φ, полученных в нескольких направлениях или хордах, определить среднее значение истинного па-росодержания (газосодержания) в просвечиваемом сечении. При просвечивании круглой трубы узким пучком γ-излучения по нескольким хордам локальные значения истинных паросодержаний можно определить по (5.20) или (5.27), а среднее значение φ в просвечиваемом сечении —
79
Рис. 5.4. Схема установки про-свечивания широким расходя-щимся пучком γ-излучения
по (5.45). В тex случаях, когда необходимо определить только среднее значение паросодержания, применение узкого пучка усложняет методику эксперимента, поскольку для этого требуется предварительно снять поле значений φ по всему сечению канала, а затем уже провести усреднение в соответствии с (5.45).
При исследовании быст-ропеременных процессов просвечивание узким пучком не-приемлемо.
Нахождение среднего в сечении паросодержания может быть значительно упрощено, если вместо узкого пучка γ-излучения использовать широкий пучок, охватывающий одновременно все сечения трубы. На рис. 5.4 представлена принципиальная схема установки но определению среднего истинного паросодержания в сечении трубы широким расходящимся пучком.
Расходящийся пучок от источника 1 выходит из коллимированного отверстия свинцового контейнера 2, проходит через сечение парогене-рирующей трубы 3, охватывая всю внутреннюю полость, и регистрируется датчиком (счетной трубкой) 4, которая расположена в свинцовом контейнере 5.
Авторы [27], работая над созданием методики просве-чивания труб широким расходящимся пучком γ-излучения, показали, что для многих практически важных режимов течения двухфазной смеси (эмульсионного, стержне-вого и расслоенного) во всем диапазоне изменения φ = 0÷1 справедлива линейная зависимость вида
nсм/nп = а + bφ, (5.54)
где псм, пп — число отсчетов (интенсивность счета) при просвечивании внутреннего сечения трубы, заполненной пароводяной смесью или паром соответственно. При φ=0 nсм/nп=пв/пп=а, где пв — число отсчетов при заполнении трубы водой, частично не догретой до температуры кипения. При φ=1 nсм/nп=пп/пп=1. С учетом граничных условий φ=0 и φ=1 коэффициент при φ в уравнении (5.54) равен
b = (1 — пв/пп). (5.55)
Тогда зависимость (5.54) может быть записана следующим образом:
псм/пп=пв/пп+ (1 —пв/пп) φ. (5.56)
Из (5.56) можно получить соотношение для определения среднего истинного паросодержания в сечении трубы, про-свечиваемой широким расходящимся пучком γ-излучения:
φ= (пв—пв)/(пп—пв). (5.57)
Следует отметить, что (5.57) справедливо при просвечивании труб внутренним диаметром до 50 мм широким пучком γ-излучения. При больших диаметрах более 50 мм заметно начинает сказываться влияние структуры пароводяного потока, особенно для эмульсионного и расслоенного режимов течения, в связи с чем отклонение зависимости псм/пп=f(φ) от линейного вида (5.56) приводит к увеличению погрешности в определении среднего паросодержания. Эта погрешность может быть уменьшена посредством увеличения энергии γ-излучения. Вместе с тем при увеличении диаметра трубы уменьшается параметр а и возрастает угол наклона прямой (5.56) к оси абсцисс, возрастает параметр b и снижается погрешность определения φ. Следовательно, в каждом конкретном случае при просвечивании труб широким пучком γ-излучения имеются оптимальные условия, для которых суммарная погрешность в определении φ получается минимальной.
С повышением давления влияние структуры на (5.56) уменьшается, в связи с чем линейная зависимость становится более обоснованной. При просвечивании труб внутренним диаметром 10—25 мм используют источники γ-излучения с энергией 0,1—0,2.МэВ. Исследование истинного паросодержания в трубах диаметром 30—75 мм проводится с источниками γ-излучения повышенных энер-гий (1,25—1,5 МэВ).
В последнее время все больше внимания уделяется исследованию структуры пароводяного потока в условиях изменения давления, скорости потока или тепловой на- грузки во времени. Метод просвечивания парогенерирую- щего канала или другого объекта, содержащего парово- дяную смесь, широким расходящимся плоским пучком у- излучения дает возможность с минимальной инерционно- стью изучить изменение истинного паросодержания в се- чении канала. Этот метод разработан авторами [4, 62] и находит широкое применение в исследовании структуры двухфазных потоков.