Void fraction measurement with wire-mesh sensor in swirling two-phase flow
Jämsén, Siiri (2018)
Kandidaatintyö
2018
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201802263575
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201802263575
Tiivistelmä
The knowledge of the behaviour of the two-phase flow is important when optimizing the heat transfer in nuclear reactor. Swirling of the flow is desirable feature and it is enhanced in the fuel bundles with the structure of the spacer grids. Flow can be modelled computationally but the numerical models need experimental data for validation. The information about the phase distribution is useful in modelling and can be expressed with a term void fraction that describes the portion of the gas phase.
For this bachelor’s thesis, measurements with the HIPE test facility in LUT were performed. Two-phase flow was made swirling with a swirl generator and void fraction measurements were performed with a traditional cross-sectional wire-mesh sensor and an axial sensor. The distance from the swirl generator and the flow rate of the air phase were varied in the measurements.
The one-dimensional void fraction distributions extracted from the sensor data are compared to see how well axial sensor performs in swirling flow. It is noticed that the upstream edge of the axial sensor disturbs the flow significantly and it is not very well suited for measuring swirling flow with its current structure. The results of the different sensors are in a better agreement when the flow is less swirling. Kaksifaasivirtauksen tunteminen on tärkeää ydinreaktorin lämmönsiirron optimoinnissa. Virtauksen pyörteisyys on tavoiteltava ominaisuus, ja sitä tehostetaan sauvanippujen välihilarakenteella. Virtausta voidaan mallintaa laskennallisesti tietokoneella, mutta mallien validointiin tarvitaan kokeellista dataa. Mallinnuksessa virtauksen faasijakauma on hyödyllinen tieto, jota voidaan tarkastella kaasun osuutta kuvaavan aukko-osuuden avulla.
Tätä kandidaatintyötä varten tehtiin mittauksia LUT:n HIPE-koelaitteistoilla. Pyörteinen kaksifaasivirtaus luotiin pyörteenkehittimellä ja aukko-osuusmittaukset suoritettiin sekä perinteisellä, putken poikkipinta-alan suuntaisesti asennettavalla, että aksiaalisella lanka-anturilla. Mittauksissa varioitiin etäisyyttä pyörteenkehittimeen ja ilmafaasin nopeutta.
Anturidatasta erotettuja yksiulotteisia aukko-osuusjakaumia verrataan, jotta nähdään, kuinka hyvin aksiaalinen sensori toimii pyörteisessä virtauksessa perinteiseen poikittaiseen anturiin verrattuna. Tuloksista huomataan, että aksiaalisensorin alareuna häiritsee virtausta huomattavasti eikä se nykyisellä rakenteellaan sovellu kovin hyvin pyörteisen virtauksen mittaukseen. Vähemmän pyörteisessä virtauksessa sensoreiden tulokset vastaavat paremmin toisiaan.
For this bachelor’s thesis, measurements with the HIPE test facility in LUT were performed. Two-phase flow was made swirling with a swirl generator and void fraction measurements were performed with a traditional cross-sectional wire-mesh sensor and an axial sensor. The distance from the swirl generator and the flow rate of the air phase were varied in the measurements.
The one-dimensional void fraction distributions extracted from the sensor data are compared to see how well axial sensor performs in swirling flow. It is noticed that the upstream edge of the axial sensor disturbs the flow significantly and it is not very well suited for measuring swirling flow with its current structure. The results of the different sensors are in a better agreement when the flow is less swirling.
Tätä kandidaatintyötä varten tehtiin mittauksia LUT:n HIPE-koelaitteistoilla. Pyörteinen kaksifaasivirtaus luotiin pyörteenkehittimellä ja aukko-osuusmittaukset suoritettiin sekä perinteisellä, putken poikkipinta-alan suuntaisesti asennettavalla, että aksiaalisella lanka-anturilla. Mittauksissa varioitiin etäisyyttä pyörteenkehittimeen ja ilmafaasin nopeutta.
Anturidatasta erotettuja yksiulotteisia aukko-osuusjakaumia verrataan, jotta nähdään, kuinka hyvin aksiaalinen sensori toimii pyörteisessä virtauksessa perinteiseen poikittaiseen anturiin verrattuna. Tuloksista huomataan, että aksiaalisensorin alareuna häiritsee virtausta huomattavasti eikä se nykyisellä rakenteellaan sovellu kovin hyvin pyörteisen virtauksen mittaukseen. Vähemmän pyörteisessä virtauksessa sensoreiden tulokset vastaavat paremmin toisiaan.