Radiometrisen mittalaitteen käyttö alijäähtyneen veden kiehumispisteen paikallistamisessa kriittisessä virtauksessa ohuessa putkessa
Jääskeläinen, Eero (2024)
Kandidaatintyö
2024
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024103087955
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024103087955
Tiivistelmä
Tässä kandidaatin työssä käyttöönotetaan radiometrinen mittalaite, jolla mitataan veden aksiaalista kiehumispistettä kriittisessä virtauksessa ohuessa putkessa. Mittalaitteella havaitaan tiheydenmuutos alijäähtyneen veden ja höyryn välillä putkesta. Tiheydenmuutoksen perusteella voidaan löytää alijäähtyneen veden kiehumispiste.
Mittalaitteeseen rakennettiin säteilykeilan suunnin, joka rajasi säteilylähteeltä lähtevän säteilykeilan tarkasteltavan putken alueelle. Mittalaitteen kalibroimiseksi käytettiin aluksi glyserolia ja etanolia, mutta niiden tiheyksien todettiin olevan liian pieniä suhteessa veteen, joten kalibrointi näillä väliaineilla ei onnistunut. Kalibroiminen eli linearisointikäyrän teko, missä tietty säteilyn pulssitaajuus alustetaan tunnetun väliaineen tiheydelle, onnistuttiin suorittamaan käyttäen kuparia, vettä ja ilmaa, joiden keskinäiset tiheyserot olivat riittävän suuria.
Mittalaitteen kalibroinnin valmistuttua, sillä mitattiin vedellä täytettyä putkea, jota ajoittain tyhjennettiin ja täytettiin. Tuloksista voitiin todeta mittalaitteen havaitsevan, milloin putkessa on vettä tai ilmaa. Mittalaitetta ei saatu näyttämään oikeaa tiheyttä vedelle. Tähän vaikuttaa ilman ja veden välinen pieni säteilymuutos käytettäessä korkeaenergistä säteilylähdettä, joten absoluuttisen tiheyden mittaaminen tarkasti kohtisuoraan ohuesta putkesta on haastavaa. Mittalaitteella voidaan tästä huolimatta havaita veden kiehumispiste sillä alijäähtyneen veden ja höyryn tiheydet eroavat merkittävästi toisistaan. In this bachelor’s thesis, a gamma densitometer was commissioned to measure the axial boiling point of supercooled water of critical flow in a narrow tube. The gamma densitometer detects the change in density between supercooled water and steam in the tube.
A collimator was built for the gamma densitometer, which narrows the radiation beam from the radiation source to the area of the tube being examined. For calibrating the measuring device, glycerol and ethanol were initially used, but their densities were found to be too low compared to water, so calibration with these mediums was not successful. Calibration, in other words, creating a linearization curve where a specific radiation pulse frequency is adjusted to the density of a known medium, was successfully performed using copper, water, and air, which mutual density differences were sufficiently large.
After calibrating the measuring device, it was used to measure a water-filled tube, which was occasionally emptied and refilled. From the results, it could be concluded that the measuring device detects when the tube contains water or air. However, the device does not accurately show the correct density for water. This is affected by the small radiation change between air and water caused by high-energy radiation source. Absolute density measurements perpendicular to the narrow pipe is challenging due this. Despite this, the measuring device can still detect the boiling point of water, as the density difference between super-cooled water and vapour is large.
Mittalaitteeseen rakennettiin säteilykeilan suunnin, joka rajasi säteilylähteeltä lähtevän säteilykeilan tarkasteltavan putken alueelle. Mittalaitteen kalibroimiseksi käytettiin aluksi glyserolia ja etanolia, mutta niiden tiheyksien todettiin olevan liian pieniä suhteessa veteen, joten kalibrointi näillä väliaineilla ei onnistunut. Kalibroiminen eli linearisointikäyrän teko, missä tietty säteilyn pulssitaajuus alustetaan tunnetun väliaineen tiheydelle, onnistuttiin suorittamaan käyttäen kuparia, vettä ja ilmaa, joiden keskinäiset tiheyserot olivat riittävän suuria.
Mittalaitteen kalibroinnin valmistuttua, sillä mitattiin vedellä täytettyä putkea, jota ajoittain tyhjennettiin ja täytettiin. Tuloksista voitiin todeta mittalaitteen havaitsevan, milloin putkessa on vettä tai ilmaa. Mittalaitetta ei saatu näyttämään oikeaa tiheyttä vedelle. Tähän vaikuttaa ilman ja veden välinen pieni säteilymuutos käytettäessä korkeaenergistä säteilylähdettä, joten absoluuttisen tiheyden mittaaminen tarkasti kohtisuoraan ohuesta putkesta on haastavaa. Mittalaitteella voidaan tästä huolimatta havaita veden kiehumispiste sillä alijäähtyneen veden ja höyryn tiheydet eroavat merkittävästi toisistaan.
A collimator was built for the gamma densitometer, which narrows the radiation beam from the radiation source to the area of the tube being examined. For calibrating the measuring device, glycerol and ethanol were initially used, but their densities were found to be too low compared to water, so calibration with these mediums was not successful. Calibration, in other words, creating a linearization curve where a specific radiation pulse frequency is adjusted to the density of a known medium, was successfully performed using copper, water, and air, which mutual density differences were sufficiently large.
After calibrating the measuring device, it was used to measure a water-filled tube, which was occasionally emptied and refilled. From the results, it could be concluded that the measuring device detects when the tube contains water or air. However, the device does not accurately show the correct density for water. This is affected by the small radiation change between air and water caused by high-energy radiation source. Absolute density measurements perpendicular to the narrow pipe is challenging due this. Despite this, the measuring device can still detect the boiling point of water, as the density difference between super-cooled water and vapour is large.