Workshop "Meßtechnik für stationäre und transiente ...

ANWENDUNG EINER NEUARTIGEN ULTRASCHALLMESSTECHNIK
ZUR BESTIMMUNG VON STRÖMUNGSREGIMEN UND FÜLLSTÄN-
DEN IN WASSEWDAMPF-SYSTEMEN
1 Einleitung
S. Alt, W. Lischke, V.I.Melnikov
Hochschule für Technik, Wirfschaff und Sozialwesen ZittadGörlifi (FH)
Institut für Prozeßtechnik, Prozeßaufomatisierung und Meßtechnik, /PM e. V.
Theodor-K6mer-Allee 16, 02763 Zittau, Deutschland
Te1 :++49/35836f 1544
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Der Volumendampfgehalt ist eine charakteristische Größe für die Analyse von Zweiphasenströmungen
in Rohrleitungen von Wasser-Dampf-Systemen. Die Kenntnis des
Volumendampfgehaltes, der Phasenverteilung und der resultierenden Strömungsform
in einem Zweiphasengemisch ist notwendig, um daraus Informationen über die Größe
der Phasengrenzflächen ableiten zu können. Die Phasengrenzfläche ist wiederum ein
bestimmendes Kriterium zur Analyse der Wechselwirkungen zwischen den Phasen,
wie den Impuls-, Wärme- und Stoffaustausch [I]. Um mögliche Strömungsformen in
einer horizontalen Rohrleitung bestimmen zu können, werden in der Praxis
Strömungsregimekarten vemndet. Die dichtekorrelierte Leerrohrgeschwindigkeit von
Dampf (Wallis-Parameter) wird beispielsweise bei der Strömungsregimekarte nach
Tandon [2], die für Kondensationsbedingungen in horizontalen Rohrleitungen
erarbeitet wurde, als Ordinate über einen relativen, auf den Volumendampfgehalt
bezogenen Volumenwassergehalt aufgetragen.
Für die Bestimmung des Volumendampfgehaites gibt es die unterschiedlichsten
Meßsysteme. Herkömmliche Ultraschall-(US)meßsysteme zur Bestimmung eines
Höhenstandes basieren im wesentlichen auf dem Impuls-Echo-Verfahren. Dabei wird
die Zeit gemessen, die vergeht, bis ein von einer Grenzfläche reflektierter US-Impuls
wieder an seinen Ausgangspunkt zurückkehrt. Für dieses Verfahren werden
sogenannte US-Sende-Empfangsköpfe eingesetzt. Die Bestimmung des
Wasserhöhenstandes in engquerschnittigen horizontalen Rohren bei gesättigten
Wasser-Dampf-Strömungen, wie z.B. in liegenden Wärmeübertragern, stellt dabei ein
besonderes Problem dar. Die Schwierigkeiten bei dem Einsatz von optischen,
kapazitiven, elektrischen, Durchstrahlungs- oder den klassischen US-Meßsystemen
unter diesen Bedingungen bestehen in:
- dem großen Verhältnis von Wandstärkendichte zur Fluiddichte,
- dem geringen Strömungsquerschnitt,
- den hohen Druck- und Temperaturbelastungen im Rohr,
- den geringen Umgebungsabmessungen im Rohrbündel von Wärmeübertragern und
- den hohen Druck- und Temperaturbelastungen außerhalb des Rohres.