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原文传递一种基于声学技术的管道内水蒸气干度测量方法及系统

专利名称：	一种基于声学技术的管道内水蒸气干度测量方法及系统
摘要：	本发明提供的一种基于声学技术的管道内水蒸气干度测量方法，首先研究了水蒸汽干度定义的计算过程，干度和蒸汽焓值的关系；然后分析了IAPWS‑IF97模型下气、液态水蒸汽密度、声速随工况温度、压力变化的趋势曲线，声学法测量水蒸汽干度的工况适用范围；构建了管道一维声波的信号模型，实现水蒸汽混合声速的计算，进而求出水蒸汽的干度值。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	沈阳工业大学
发明人：	裴锐;贾丹平
专利状态：	有效
申请日期：	2023-07-21T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-10T00:00:00+0800
申请号：	CN202310901318.6
公开号：	CN117030842A
代理机构：	辽宁汇申专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	陈晴梅
分类号：	G01N29/024;G01N9/36;G;G01;G01N;G01N29;G01N9;G01N29/024;G01N9/36
申请人地址：	110020 辽宁省沈阳市经济技术开发区沈辽西路111号
主权项：	1.一种基于声学技术的管道内水蒸气干度测量方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1：依据水蒸气干度的定义，利用Wood公式，得出水蒸气干度X和混合声速amix的关系式；步骤2：根据LAPWS-IF97标准并结合工业现场，设定多个工况条件，即设定工况温度T；步骤3：在设定的工况条件下，根据LAPWS-IF97标准，计算不同干度值X对应的饱和水蒸气中液态水蒸气密度ρ1、气态水蒸气密度ρ2、液态水蒸气声速a1和气态水蒸气声速a2；步骤4：利用步骤3中得到的干度值X、液态水蒸气密度ρ1、气态水蒸气密度ρ2、液态水蒸气声速a1和气态水蒸气声速a2，结合步骤1中水蒸气干度值X和混合声速amix的关系式，计算设定的工况条件下的混合声速amix；步骤5：绘制不同工况条件下对应的水蒸气干度X和混合声速amix曲线图；步骤6：结合工业现场工况，确定管道温度测量点，测量该点的实际温度值T和实际混合声速步骤7：利用步骤6中得到的实际温度值T和实际混合声速结合步骤5中绘制的水蒸气干度X和混合声速amix曲线图，确定实际水蒸气干度X。 2.如权利要求1所述的一种基于声学技术的管道内水蒸气干度测量方法，其特征在于：步骤1中水蒸气干度X的定义为：水蒸气的干度X与气态水蒸气所占的体积N关系为：式中：X是水蒸汽的干度，m1是水蒸汽中液态的质量，m2是水蒸汽中气态的质量，ρ1为饱和水蒸气液态密度，ρ2为饱和水蒸汽气态密度，V1为饱和水蒸气液态体积，V2为饱和水蒸汽气态体积；N是气态水蒸汽所占的体积分数。 3.如权利要求2所述的一种基于声学技术的管道内水蒸气干度测量方法，其特征在于：水蒸气干度X和声速amix的关系通过Wood公式可得： ρmix＝Nρ2+(1-N)ρ1 式中：ρmix为水蒸汽的混合密度，amix为水蒸汽的混合声速，ρ1为液态水蒸汽的密度，a1为液态水蒸汽声速，ρ2为气态水蒸汽的密度，a2为气态水蒸汽声速，N为气态水蒸汽所占的体积分数。 4.如权利要求1所述的一种基于声学技术的管道内水蒸气干度测量方法，其特征在于：所述步骤1中对水蒸气干度X的分析以IAPWS-IF97标准中的4区水蒸汽饱和线为基础。 5.如权利要求4所述的一种基于声学的管道内水蒸气干度测量方法，其特征在于：所述步骤4中的4区水蒸气饱和线方程是一个隐式二次方程，应用该方程对水蒸汽的饱和压力ps及饱和温度Ts直接求解，此方程为： β2θ2+n1β2θ+n2β2+n3βθ2+n4βθ+n5β+n6θ2+n7θ+n8＝0 β＝(ps/p)0.25 式中：p＝1MPa，T＝1K，n1～n10为常数系数；由于4区饱和线上的饱和压力ps与饱和温度Ts存在对应关系，具体的计算过程如下： A＝θ2+n1θ+n2 B＝n3θ2+n4θ+n5 C＝n6θ2+n7θ+n8 式中p＝1MPa，调用上式θ值(由饱和温度TS值求得)，带入表达式可求解出饱和压力ps值，： E＝β2+n3β+n6 F＝n1β2+n4β+n7 式中T＝1K，调用上式β值(由饱和压力ps值求得)，带入表达式求解出饱和温度Ts值。 6.如权利要求1所述的一种基于声学技术的管道内水蒸气干度测量方法，其特征在于：所述方法应用的工况温度0℃≤T≤300℃。 7.如权利要求6所述的一种基于管道声波模型的水蒸气干度测量方法，其特征在于：至少设定7种工况温度，所述7种工况温度分别为0℃、50℃、100℃、150℃、200℃、250℃和300℃。 8.一种基于声学的管道内水蒸气干度测量系统，其特征在于：所述系统采用权利要求1-7的任意一种方法测量管道内水蒸气干度。