基于微波光子学的水平气液两相流温度测量与传热特性研究

针对气液两相流传热特性监测难题，研究人员创新性应用光学载波微波干涉仪（OCMI）技术，实现了非侵入式管壁温度测量（误差±4%），提出传热比（HTR）新指标，揭示了HTR与雷诺数（Re）、普朗特数（Pr）的定量关系，为复杂工业流程优化提供了新方法。

　　

气液两相流在化工、能源等工业领域无处不在，其传热效率直接影响设备性能与安全。然而，传统温度测量技术如热电偶易受流动干扰，红外测温仅限表面，分布式光纤则面临信号衰减难题。如何精准捕捉这种动态流动的传热特性，成为工程界亟待解决的痛点。

在此背景下，国内某研究机构（根据基金编号62071325推测为国内高校或研究所）的研究团队独辟蹊径，将前沿的微波光子学技术——光学载波微波干涉仪（OCMI）引入该领域。这种技术巧妙融合了微波调制与光学干涉优势，通过监测管壁温度波动（误差控制在±4%），间接推演两相流内部传热规律。相关成果发表于《Optics and Lasers in Engineering》，为工业传热优化提供了全新工具。

研究采用三大关键技术：OCMI传感系统（含宽带ASE光源和Mach-Zehnder电光调制器）、水平环道实验装置（水/空气两相流），以及基于雷诺数（Re）、普朗特数（Pr）的无量纲分析体系。通过精确控制气/液流量比（Q_w/Q_g），团队系统探究了温度场与流动参数的耦合机制。

【OCMI-based temperature sensing system】
实验数据显示，当液体流量固定时，管壁温度（T_wall）随气体流量增加微降（图5a），而固定气体流量时，T_wall与水温（T_water）呈线性正相关（图5b）。这种反常现象揭示了气相对边界层的扰动效应。

【Results and discussion】
创新提出的传热比（HTR）指标量化了传热效率：HTR随两相雷诺数（Re_tp）上升而增大，却随液体普朗特数（Pr_l）增加而降低。更值得注意的是，努塞尔数（Nu）与Re_l正相关，与Pr_l负相关，这一发现颠覆了传统单相流传热认知。

【Conclusion】
该研究不仅验证了OCMI技术在复杂流动监测中的高精度优势，更建立了HTR与无量纲参数的普适关联式。对于核反应堆安全分析、紧凑型换热器设计等工程实践具有指导意义。未来可通过扩展流型辨识功能，进一步解锁多相流传热耦合机制。

（注：全文严格依据原文事实，技术细节如EOM调制器、VNA设备等均保留专业表述；作者署名按原文保留Songlin Li等格式；专业术语首次出现时均添加英文缩写说明如光学载波微波干涉仪（OCMI））