湿饱和蒸汽是压水堆核动力装置的主要工作介质,蒸汽的湿度大小将直接影响蒸汽轮机、蒸汽管道、阀门等蒸汽过流设备的安全性和经济性。现有的湿度测量方法本身也存在诸多缺陷,如热力学法、示踪法无法实现在线测量,光学法现场适应能力较差,微波法测量精度不足,射线方法操作复杂、安全要求高等。因此,提出、研究并验证一种满足现代工程测量要求的新型湿度测量方法具重要意义。鉴于介质声速与两相流湿度之间存在较强的关联性,本文提出基于超声波探测技术的声速法两相流湿度测量方案。首先,本文通过引入一些合理化假设条件,提出声速法湿度测量方案初始理论模型。理论分析表明,介质湿度仅是关于声速和温度两个直接变量的函数,直接测量变量较少,该湿度测量模型整体结构比较简单;接着,以空气-液滴为对象开展冷态实验研究,实验研究结果表明,随着湿度的增加,介质声速逐渐减小,两者具有较强的线性关系,在0~20%的湿度范围内,声速变化量约为22 m/s。在实验研究的基础上,利用数值模拟方法研究空气-液滴两相流体的温度、压力以及参量对介质声速的影响。结果表明,介质声速随温度的升高而增大,声速与温度大致呈线性关系;声速随着系统压力的增加而增大,但该过程中声速的压力系数逐渐减小,压力增加至300kPa后,介质声速随压力变化明显趋缓。综合以上实验和数值模拟研究结果,本文认为,基于超声探测技术的声速法蒸汽湿度测量方案具有一定的可行性,值得进行更进一步的研究。