湿蒸汽两相流严重影响汽轮机的安全、经济运行,蒸汽湿度的准确测量有助于确定湿蒸汽级和低压缸的运行效率,为汽轮机运行提供指导,也为除湿装置、叶片防护、湿蒸汽级以及通流结构设计提供参考。因此,汽轮机内蒸汽湿度的测量技术研究具有十分重要的意义。论文基于微波谐振腔介质微扰技术,对汽轮机排汽湿度测量方法进行了理论和实验研究。1.将电介质的复介电常数与其静介电参数、交变电磁场频率的关系引入Maxwell-Wagner非均质电介质理论,建立了湿蒸汽的等效复介电常数关系式,得到了饱和水、干饱和蒸汽和湿蒸汽的复介电常数随介质温度(压力)、微波频率的变化规律,将湿蒸汽的介电性质扩展到了交变电磁场。2.根据湿蒸汽混合物的复介电常数关系式,采用谐振腔介质微扰理论,建立了圆柱形谐振腔在TE011模式下测量蒸汽湿度的关系式。谐振腔的测量湿度与湿蒸汽的热物性、温度(压力)、谐振腔的谐振频率和相对频偏有关。3.设计了适合流动湿蒸汽湿度测量的环耦合谐振腔和孔耦合谐振腔,设计了谐振腔的分隔器结构。通过仿真计算,确定了谐振腔的有效尺寸、分隔器长度、耦合环尺寸、矩形波导尺寸和耦合孔半径等重要参数。针对不同耦合型式的谐振腔,设计了双端口传输型湿度测量系统和单端口反射型湿度测量系统。根据测量和设计要求进行了微波元器件选择、工作电路和测量控制流程设计。湿度测量数据由计算机进行处理,介绍了扫频数据和脉冲数据的处理和分析方法。4.定量分析了谐振腔温度变化引起腔体热膨胀、谐振腔内壁沉积水膜或盐垢、大水滴(水团)穿越腔体、谐振腔的取样偏差和湿蒸汽参数突变时谐振腔的传热滞后等因素对湿度测量的影响设计了一种温度自补偿微波谐振腔结构,彻底解决了谐振腔热膨胀和湿蒸汽与谐振腔换热滞后对湿度测量的影响。5.设计了汽轮机排汽取样缸外湿度测量方案和排汽缸内湿度测量方案,并进行了汽轮机排汽湿度测量实验。在缸外测量实验中,由于水滴沉积和蒸汽在壁面凝结,在器壁和管道中形成大片水膜,严重影响湿度测量。在缸内测量实验中,谐振腔的振动和热膨胀对测量影响很大,采用合理的谐振腔耦合结构和温度补偿措施可以以消除影响。测量实验证明谐振腔介质微扰技术测量蒸汽湿度的方法在实践中是可行的。