First experiments on visualisation of two-phase high pressure and temperature flows using an ultrasonic mesh sensor

V. I. Melnikov; V. N. Khokhlov; V. V. Ivanov; V. V. Kontelev; V. R. Zoi; A. A. Zavinov

doi:10.1515/kern-2003-0049

Article

First experiments on visualisation of two-phase high pressure and temperature flows using an ultrasonic mesh sensor

V. I. Melnikov , V. N. Khokhlov , V. V. Ivanov , V. V. Kontelev , V. R. Zoi and A. A. Zavinov

Published/Copyright: March 11, 2022

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From the journal Kerntechnik Volume 68 Issue 3

Abstract

A novel device for fast visualisation of gas-liquid two-phase flows was developed and tested during loss-off-coolant accident simulations at the thermal hydraulic test facility PSBVVER, a 1 : 300 integral model of the VVER-1000. The device is an ultrasonic mesh sensor. It consists of a metallic frame where transmitter and receiver wave-guides are fixed, that form two grids inside the measurement cross section. Ultrasonic pulses are transmitted into the fluid by the 8 wave-guides of the first plane. A second plane of another 8 wave-guides, that cross the ones of the first plane under an angle of 90 deg, serves as receives. The measurement is based on the acoustic conductivity of the two-phase mixture at the locations where the wave-guides cross. The sampling frequency is 250 frames per second. This allows both void fraction measurements and a fast flow visualisation. The sensor is applicable to high pressures and temperatures. All parts and surfaces that are in contact with the fluid are manufactured from stainless steel. During the tests at PSB-VVER the flow pattern in the hot leg of the primary circuit model was visualised for the first time.

Abstract

Ein neues Gerät für die schnelle Visualisierung einer Gas-Flüssigkeits-Zweiphasenströmung wurde entwickelt und bei einer Simulation eines Kühlmittelverluststörfalls an der Thermohydraulikanlage PSB-VVER gestestet, die den Reaktor VVER-1000 im Maßstab 1 : 300 nachbildet. Es handelt sich um einen UltraschallGittersensor. Er besteht aus einem metallischen Rahmen, in dem Sender- und Empfängerwellenleiter gehaltert sind, die zwei dicht hintereinander im Strömungsquerschnitt liegende Gitter bilden. Von den 8 Wellenleitern der ersten Ebene werden Ultraschallimpulse ins Fluid ausgesandt. 8 Wellenleiter der zweiten Ebene, die mit denjenigen der ersten Ebene einen Winkel von 90 ° bilden, arbeiten als Empfänger. Die Messung basiert auf der akustischen Impedanz des Zweiphasenmediums, die an den Kreuzungspunkten zwischen den Wellenleitern vorliegt. Die Abtastfrequenz beträgt 250 Bilder je Sekunde. Dies erlaubt sowohl Gas- bzw. Dampfgehaltsmessungen als auch eine schnelle Strömungsvisualisierung. Der Sensor kann bei hohen Drücken und Temperaturen eingesetzt werden. Alle Teile und Oberflächen sind aus rostfreiem Stahl gefertigt. Während der Versuche an PSB-VVER wurde erstmalig die Struktur der Strömung im Heißstrang des Primärkreismodells visualisiert.

References

1 Melnikov, V. I.; Kontelev, V. V.; Ivanov, V. V.; Prasser, H.-M.; Zippe, W.: Ultrasound Waveguide Multipoint System of Visualisation of Two-phase Coolant, Izvestia visshikh uchebnikh zavedeniy. Yadernaya energetica (Communications of Higher Schools. Nuclear Power Engineering), Obninsk, 2000, N.1, p. 81–88Search in Google Scholar

2 Kontelev, V. V.; Melnikov, V. I.: “An ultrasonic mesh sensor for twophase flow visualisation”, 4.Workshop on Measurements techniques for stationary and transient multiphase flows, 16.–17. November 2000, Proceedings: Forschungszentrum Rossendorf, Wissenschaftlich-Technische Berichte, FZR-320, Mai 2001, ISSN 1437-322X, pp. 23–28Search in Google Scholar

Received: 2003-03-06

Published Online: 2022-03-11

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https://doi.org/10.1515/kern-2003-0049