水平与竖直管道中两相二氧化碳流动形态的研究

Alexander Siegfanz; Wolfgang Wagner; Uwe Janoske

水平与竖直管道中两相二氧化碳流动形态的研究

仪器与探测器 2023-12-19 v2 高能物理 - 实验

作者: Alexander Siegfanz , Wolfgang Wagner , Uwe Janoske

摘要

现代粒子探测器关键依赖于高效的冷却系统。两相二氧化碳(CO $_2$ )是一种合适的冷却剂解决方案。本文展示了在温度 $T=-15\,^\circ$ C、压力约为 $23\,$ bar 条件下,对水平与竖直两相 CO $_2$ 流动进行观测与研究的结果。施加于 CO $_2$ 的热流密度介于 $98.5\,$ kW/m $^2$ 与 $200\,$ kW/m $^2$ 之间,覆盖了正在为大型强子对撞机高亮度阶段建造的 future ATLAS 像素探测器中预期出现的范围。流速范围为 $11.8\,$ m/s 至 $28.1\,$ m/s。使用专用传感器测量加热 CO $_2$ 前后的温度与压力。加热后管道内出现的两相流形态由高速相机记录。发现分层流、波状流与段塞流是水平流的主要形态,而向上竖直流主要呈段塞流或搅动流。基于所记录图像,确定了加热后 CO $_2$ 的空泡份额,并对不同装置设置进行比较。结果总结于流型图中。发现竖直流与水平流之间存在明显区别,水平流的空泡份额显著高于竖直流。基于压力测量,测得加热后 CO $_2$ 的压降并计算相应的欧拉数。水平流中压降因摩擦损失随热流密度增大而增加,而向上竖直流中由于静压起重要作用,压降随热流密度增大而减小。

关键词

两相二氧化碳流动形态水平与竖直管道空泡份额压降粒子探测器冷却高速成像

引用

@article{arxiv.2310.01709,
  title  = {Investigation of flow patterns in two-phase carbon dioxide in horizontal and vertical pipes},
  author = {Alexander Siegfanz and Wolfgang Wagner and Uwe Janoske},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2310.01709},
  year   = {2023}
}

备注

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水平与竖直管道中两相二氧化碳流动形态的研究

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关键词

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