17、液态金属介质中两相流诊断的多普勒测速法开发

液态金属介质中两相流诊断的多普勒测速法开发

1. 引言

现代非接触式精密诊断工具的使用显著提高了电力和工业领域技术流程的效率与安全性。然而，研究多相光学不透明流体的三维结构和动态参数的现代技术，对于工业应用而言仍十分复杂且发展不足，这是因为需要解决一系列复杂的多学科科学和技术问题。

未来原子能的发展与快中子反应堆的使用相关。这些反应堆的设计特性要求从堆芯移除大量热量。水作为热载体在热量移除量和传热效率方面存在显著的结构和运行限制。强化传热的主要解决方案是使用具有高导热性的液态金属冷却剂。从堆芯高效移除热量可防止反应堆内温度超过结构材料的允许值，使核电更安全、更高效。为了正确优化冷却剂流动参数（优化过程的流体动力学和热物理学），需要有关冷却剂流动局部速度和模式的实验信息。但由于液态金属冷却剂的高温、高压、化学活性以及难以接近等特点，流动参数的诊断通常仅限于温度和压力测量，这无法实现冷却剂流动的正确优化。

获取流动结构参数的实验数据尤为重要。在因紧急情况或局部过热产生气体成分的情况下，诊断流动的结构和动态参数问题尤为突出。使用复杂的诊断工具可以确定紧急情况的性质和原因，并采取必要的最小行动来防止反应堆故障。

对于多相液态金属介质的诊断，基于光学方法的设备不适用，因为介质是不透明的。目前有几种用于不透明多相介质结构和动态参数非接触诊断的方法：
- 电位法 ：基于测量“管道 - 热载体”系统的电导率，灵敏度低（气体体积含量的 5 - 10%），仅能提供测量区域内的整体气体含量信息。
- 涡流法 ：有设计局限性，管道位置需确保气泡直接通过线圈下方，要求水平或倾斜管道，传感器使