激光干涉法测量管内凝结液膜厚度研究

论文摘要

管内凝结的过程涉及一个复杂的汽液两相流动,管内蒸汽凝结液膜厚度对冷凝换热特性有很大影响。由于管内凝结液膜层所处的工况复杂,对其厚度的测量较为困难。分析已报道的研究结果,利用激光干涉法测量管内蒸汽凝结液膜厚度是一种测量精度高且可行的方法。论文基于干涉测量原理,结合CCD摄像机图像采集系统,搭建了蒸汽系统以及测试光路系统,测量管内凝结液膜厚度。基于光路几何原理得到了干涉条纹数目与液膜厚度的计算方法,设计了利用分光计获取相干光束散射角度的实验方法,以及基于OriginPro软件从干涉图片中获得角度数据的处理方法。论文具体工作包含以下几方面。(1)分析了液膜厚度对管内凝结过程的影响,探讨了液膜厚度测量方法的研究意义并介绍了现有的几种液膜厚度测试方法,说明了其在实验过程中优缺点。介绍了激光干涉测量方法目前的发展和存在的优势。(2)基于光路几何原理建立了干涉条纹数目与凝结液膜厚度的推算方法,编写了相应的计算程序。基于实验原理搭建了光路系统和蒸汽系统,设计了散射角度测量系统,干涉条纹图像采集系统,对凝结液膜厚度干涉图像进行采集。(3)利用ESPI软件对干涉条纹图像进行实时采集,使用OriginPro软件对采集到的干涉条纹进行处理,得到了光束两散射位置的角度数据。(4)对不同壁厚度玻璃管进行干涉测量实验,发现壁面越厚,条纹数目越多,条纹越不清晰。用管壁厚度较大管子测量凝结液膜厚度时,由于相干光束光强太弱,凝结液膜厚度的干涉条纹很难辨别。依据实验结果选择管壁厚度为3 mm的玻璃管进行实验,得到了较为清晰的凝结液膜厚度干涉图像。(5)对实验结果分析发现干涉条纹数目与液膜厚度有线性关系,随散射角度差值的增大液膜厚度减小,随管子内径增加液膜厚度增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 数值及理论研究
•     1.2.2 电导探针测量法
•     1.2.3 电容传感器测量法
•     1.2.4 数字图像处理法
•     1.2.5 光学测量
•   1.3 液膜厚度测量目前研究未涉及之处
•   1.4 论文研究内容
• 2 管内凝结换热机理
•   2.1 凝结换热分类
•   2.2 管内强迫对流凝结换热
•   2.3 凝结换热影响因素
•   2.4 本章小结
• 3 实验原理
•   3.1 光路原理
•   3.2 液膜厚度计算方法
•   3.3 散射角度采集原理
•     3.3.1 角度采集方法
•     3.3.2 角度采集原理
•   3.4 本章小结
• 4 实验系统及图像处理
•   4.1 光路系统
•     4.1.1 He-Ne激光器
•     4.1.2 光束提升器
•     4.1.3 衰减器
•     4.1.4 图像采集设备
•     4.1.5 光学平台
•   4.2 蒸汽系统
•     4.2.1 加热设备
•     4.2.2 超纯水器
•   4.3 仪器固定装置
•   4.4 实验过程
•   4.5 干涉条纹图像的采集和处理
•     4.5.1 ESPI软件采集干涉条纹
•     4.5.2 干涉图像处理方法
•   4.6 本章小结
• 5 实验结果及分析
•   5.1 玻璃管壁面厚度干涉条纹
•   5.2 凝结液膜厚度干涉条纹
•     5.2.1 液膜厚度计算
•     5.2.2 干涉条纹数据处理
•   5.3 液膜厚度随采集参数变化规律
•     5.3.1 干涉条纹数目对液膜厚度影响
•     5.3.2 采集角度对液膜厚度影响
•     5.3.3 玻璃管内径对液膜厚度影响
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A 主要符号表
• 攻读学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 魏家明

导师: 常立民

关键词: 管内凝结,液膜厚度,激光干涉,实验研究

来源: 兰州交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,电力工业,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 兰州交通大学

分类号: TM621;TP391.41;TN249

DOI: 10.27205/d.cnki.gltec.2019.000098

总页数: 58

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