气液两相螺旋流超声脉冲传播模拟及液膜厚度测量

气液螺旋流具有强化气液分离、提高换热效率等独特优势,在工业上应用广泛。液膜厚度是气液螺旋流关键参数,是研究环状流演化的基础,但传统的测量方法难以实现环状液膜厚度的非介入测量。基于超声脉冲界面反射原理,提出通过界面回波实现液膜厚度非介入测量的新方法。建立有限元模型对波动方程进行求解,模拟了高斯脉冲激励下超声波在气液螺旋环状流中的传播特性,获得了声压场以及脉冲回波随时间变化特征,并在气液两相流环道上开展了实验测量验证。研究结果表明,气液界面回波幅值明显大于固液界面,液膜厚度取决于气液界面和固液界面脉冲传播时间差。液膜厚度超声回波测量结果与介入式探针测量值吻合良好,最大测量误差小于3.0%。超声回波测量液膜厚度方法具有非介入、响应性快的优点,不受管壁材质的限制,为研究螺旋流液膜演化规律提供了新的手段。