Signal response of wire-mesh sensors to an idealized bubbly flow

Horst-Michael Prasser,Richard Häfeli

doi:10.1016/j.nucengdes.2017.04.016

Abstract

Abstract Wire-mesh sensors are widely used to characterize gas-liquid two-phase flows and single-phase mixing processes. The geometry of the electrode grids and the way of the signal readout generates a three-dimensional electrical field in the vicinity of the electrode wires. Resulting electrical currents at the receiver electrodes, representing the primary measuring information, are calculated by a three-dimensional potential field simulation within the sensitive volume formed by the electrode wires, whereas bubbles are taken into account as simplified, spherical or elliptical objects placed at different locations in the calculation domain. The response of the sensor to the passage of such synthetic bubbles is studied. A significant deviation from the linear dependency between the received current and the local instantaneous gas fraction is found. Overshoots of the current above the reference value obtained by calibration in plain liquid occur. Furthermore, the response of the sensor depends on the axial distance between the transmitter and the receiver electrode grids. Swarms of bubbles of small size passing through the grids of the wire-mesh sensor lead to an average decrease of the current which can be described by the average conductivity of an emulsion according to Maxwell.

Highlights

Метод кондуктометрии при помощи сетчатых датчиков (Wire Mesh Sensor, wire-mesh sensors (WMS)) был предложен в [1], его применения охватывают измерения в одно- и двухфазных потоках
The investigations performed in the frame of basic government order part No 13.8823.2017/8.9
Model of Reactor Pressure Chamber for Validation of CFDCodes / M.A. Bolshukhin, A.V. Budnikov, A.A. Barinov, D.N. Patrushev // Proceedings of REMOO-2018 Conference and Workshop

Summary

Описание импедансометрической измерительной системы

Применяемая в работе измерительная система ЛАД-36ИС [6] позволяет производить опрос пространственных кондуктометров с частотой синхронного сканирования до 10 кГц и длительностью непрерывной записи в течение нескольких минут. И постоянстве известной геометрической константы ячейки kg, см-1 формулу (1) можно использовать для вычисления удельной электрической проводимости (УЭП) среды в ячейке в виде: λx = Vrx ⋅ kg 106, мкСм/см. Что локальные значения УЭП, получаемые таким методом, основываются на предположении об инвариантности калибровочной характеристики датчика при переходе от условий калибровки к условиям реального потока, а также на независимости сигналов смежных электродовприемников сигнала. Особенно заметно это при работе в широком диапазоне проводимости, что реализуется, как правило, в экспериментах с использованием высококонтрастных трассеров. – при работе в умеренных и высоких скоростях потока (> 0,5 м/c) набегающий поток вызывает вибрацию и выгиб электродов датчика, что может вызвать смещение калибровочной характеристики, а также завышение шумового порога датчика. – в силу неэкранированности ячеек пространственных кондуктометров наблюдается достаточно сильная зависимость сигналов измерительной системы от параметров канала, в который устанавливается датчик. – подтверждение расчетных значений неопределенности на основе эксперимента на контрастном потоке рабочей среды

Оценка параметров измерительной системы

Calibration uncertainty quantification example

Список использованных источников