Применение электроимпедансного метода измерений при исследовании пузырьковых режимов течения двухкомпонентного потока

Одной из важных задач при проведении расчётного обоснования надёжности и безопасности оборудования, входящего в состав проектируемых ядерных энергетических установок, на сегодня является моделирование пузырькового режима течения теплоносителя. В связи с этим, целью данной работы являлось изучение особенностей движения газового пузыря в жидкой среде, а также отработка и расширение методических особенностей применения матричных кондуктометрических систем, получивших широкое распространение в исследовательской практике, для исследования газожидкостных потоков.

В работе изложен способ первичной обработки экспериментальных данных, направленный на устранение избыточной проводимости в ячейках разработанного сетчатого датчика, что позволило получить значения истинного объёмного газосодержания в исследуемой области.

Последующий анализ позволил оценить объёмы регистрируемых газовых пузырей градиентным методом, а также величину плотности межфазной поверхности в ячейках датчика, которая играет ключевую роль при моделировании межфазного тепло- и массообмена.

Сравнение полученных величин с показаниями контрольно-измерительных приборов экспериментальной установки показало хорошую степень соответствия. Представленная работа является адаптацией применения кондуктометрической измерительной системы для исследования многокомпонентных потоков с целью дальнейшего применения для исследования двухкомпонентных потоков в каналах имитатора активной зоны при помощи сетчатых кондуктометрических датчиков.

1. Kataoka I., Ishii M., Serizawa A. Local formulation and measurements of interfacial area concentration in two-phase flow. International Journal of Multiphase Flow, 1986, vol. 12, pp. 505−529. DOI: 10.1016/0301-9322(86)90057-1

2. Hibiki T., Ishii M. Two-group interfacial area transport equations at bubbly-to-slug flow transition. Nuclear Engeneering and Design, 2000, vol. 202, pp. 39−76. DOI: 10.1016/S0029-5493(00)00286-7

3. Dmitriev S.M., Barinov A.A., Dobrov A.A., Doronkov D.V., Pronin A.N., Ryazanov A.V., Solncev D.N., Sorokin V.D., Khrobostov A.E. [Experimental Studies of Turbulent Coolant Mixing in the Main Equipment of Nuclear Units]. VANT. Seriya: Yadernoreaktornie konstanti [VANT. Series: Nuclear reactor constants], 2018, no. 3, pp. 3−11 (in Russian).

4. Prasser H.M., Kleim S. Coolant mixing experiments in the upper plenum of the ROCOM test facility. Nuclear Engineering and Design, 2014, vol. 276, pp. 30−42. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2014.05.016

5. Prasser H.M., Bottger A., Zschau J. A new electrode-mesh tomograph for gas-liquid flows. Flow Measurement and Instrumentation, 1998, vol. 9, pp. 111−119. DOI: 10.1016/S0955-5986(98)00015-6

6. Khrobostov A.E., Legchanov M.A., Solncev D.N., Barinov A.A., Konovalov I.A., Chesnokov A.A., Makarov M.A. [Research of Hydrodynamics of Stratified Turbulent Flows for Validation of Designated Approaches to Modeling Thermal Processes in Equipment of Nuclear Power Plants]. Trudi NGTU im. R.E. Alekseeva [Transactions of NNSTU n.a. R.E. Alekseev], 2019, vol. 126, no. 3, pp. 111−119 (in Russian).

7. Waite B.M., Prasser H.M., Podowski M.Z. Computational and Experimental Analysis of Gas/Liquid Two-Phase Flow in Rod Bundles with Mixing-Vane Spacer Grids. Nuclear Engineering and Design, 2020, vol. 360, pp. 1−42. DOI: 0.1016/j.nucengdes.2019.110499

8. Prasser H.M., Matthias B., Dirk L. Improvement of Topflow Void Fraction Data Using Potencial Field Simulation of th Wire-Mesh Sensor. Specialists Workshop on Advanced Instrumentation and Measurement Techniques for Experiments related to Nuclear Reactor Thermal Hydraulics and Severe Accidents, 2019, vol. 35, pp. 1−16.

9. Beyer M., Lucas D., Kussin J. Quality check of wire-mesh sensor measurements in a vertical air/water flow. Flow Measurement and Instrumentation, 2010, vol. 21, pp. 511−520. DOI: 10.1016/j.flowmeasinst.2010.09.001

10. Tompkins C., Prasser H.M., Corradini M. Wiremesh sensors: A review of methods and uncertainty in multiphase flows relative to other measurement techniques. Nuclear Engineering and Design, 2018, vol. 337, pp. 205−220. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2018.06.005

11. Prasser H.M., Stucki S., Betschart T., Eisenberg J. Interfacial area density measurement using a three-layer wire-mesh sensor. NURETH-16, 2015, pp. 403−418.

12. Clift R., Grace J.R., Weber M.E. Bubblrs, drops and particles. London: Academic Press, 1978, vol. 94, 380 p.