高温强磁场下液态金属边界层速度分布的测量方法

摘要

高温强磁场下液态金属边界层速度分布的测量方法，所采用的设备包括：自主研制的超声波传感器(1)：前端为50～100mm声波导管，后端为通惰性冷却气体的保护腔，以Bi4Ti3O12等铋基陶瓷结构材料为产生超声波的压电材料，发射10MHz～50MHz的高频超声波。方法具体如下：超声波传感器(1)安装在处于均匀强磁场条件下的管道上，发射和接收脉冲超声波；基于超声多普勒效应，超声波多普勒测速仪(2)对带有流动速度信息的超声波回声信号进行处理分析后得到边界层速度分布并显示于计算机(3)。本发明适用于高温强磁场下液态金属边界层速度场分布的测量，对研究液态金属磁流体动力学流动过程中传热或传质效果和压降分布具有重要作用。

主权项

高温强磁场下液态金属边界层速度分布的测量方法，其特征在于实现步骤如下：(1)研制适用于高温强磁场下的超声波传感器(1)；所述超声波传感器(1)包括压电材料(Ⅳ)、声波导管(Ⅵ)、前壁(Ⅶ)和冷却系统，所述冷却系统包括冷却气出口(Ⅰ)、保护腔(Ⅱ)、电子元件系统(Ⅲ)和冷却气入口(Ⅴ)；声波导管(Ⅵ)上端位于保护腔(Ⅱ)内并与压电材料(Ⅳ)连接，声波导管(Ⅵ)下端与前壁(Ⅶ)连接，用以减小超声波在传播过程中的能量损失；产生超声波的压电材料(Ⅳ)处于通冷却气体的保护腔(Ⅱ)中，用以发射和接收高频超声波；电子元件系统(Ⅲ)位于保护腔(Ⅱ)内，连接压电材料(Ⅳ)与外部的超声多普勒测速仪(2)，负责触发压电材料(Ⅳ)产生超声波，同时将携带流动信息的电信号传输到超声多普勒测速仪(2)；工作时，从位于保护腔(Ⅱ)壁上的冷却气入口(Ⅴ)通入低温惰性气体氦气，带走保护腔(Ⅱ)内的热量，并从位于保护腔(Ⅱ)对角方向壁面上的冷却气出口(Ⅰ)排出，同时在形成强磁场的磁极周围另设通风冷却，保证电子元件系统(Ⅲ)工作环境的温度稳定在150℃以内，实现对230℃‑800℃高温液态金属流动边界层速度分布的测量；前壁(Ⅶ)位于超声波传感器(1)最前端，工作时与被测液态金属直接接触，用以降低超声波在此处因反射和吸收而造成的能量损失；(2)将适用于高温强磁场下的超声波传感器(1)的一端呈30‑80°角倾斜安装于高温液态金属流经的管道(5)壁上并密封，所述有高温液态金属流经的管道(5)处于均匀强磁场环境中，测量前启动超声传感器(1)的冷却系统；(3)运行高温液态金属回路设备，使液态金属在管道中流动起来，液态金属流过均匀强磁场区域，适用于高温强磁场下的超声传感器(1)接收超声多普勒测速仪(2)的触发信号并发射脉冲超声波；所述脉冲超声波在高温液态金属中传播，遇到高温液态金属中的示踪粒子即指高温液态金属氧化物杂质，发生反射或散射，适用于高温强磁场下的超声波传感器(1)接收到反射或散射带有速度信息的超声波回声信号，传送到超声波多普勒测速仪(2)进行处理分析，处理分析后获得的初步高温液态金属速度分布图像显示于计算机(3)的显示屏上；(4)根据测得的初步结果，调节计算机(3)中存储的初始多普勒角度、脉冲周期、回声增益参数，直到得到稳定的高温液态金属流动边界层速度分布图像。