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基于槽式孔板与旋进漩涡流量计的湿气计量技术研究

作　者: 华陈权
导　师: 王昌明
学　校: 南京理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 湿气计量流型识别流体诱发振动槽式孔板旋进漩涡流量计
分类号: TH814
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着海洋、沙漠及边远油气田的开发,由于开发成本、安装空间和优化管理的要求,迫切需要开发适应性强、低成本的在线湿气流量计替代昂贵笨重的计量分离器。把成熟的单相气体流量计用于湿气计量一直是国内外研究的热点。本文将槽式孔板和旋进漩涡流量计这两种成熟的气体流量计用于湿气计量技术的研究,主要研究成果如下：(1)通过对不同流型的湿气流经管道时诱发的管道振动特性的实验研究,提出了基于流体诱发振动的非接触式在线湿气流型识别新方法。通过安装于测试管道外壁的振动传感器测量不同流型下湿气流诱发的振动信号；采用小波包分析提取了表征流型变化的振动信号的能量特征向量；分别建立了基于径向基函数网络、概率神经网络、支持向量机的水平管湿气流型识别模型。这三种模型对实验样本都有较高的流型识别率。(2)对不同孔径比的槽式孔板的湿气流计量性能进行了研究,确定了“虚高”与L-M参数XLM、气体富劳德数、密度比和孔径比等无量纲参数显著相关,提出了两个槽式孔板湿气气相计量修正模型,计算精度优于其它修正模型,可用于湿气气相流量计量。(3)首次对旋进漩涡流量计的进动频率的湿气流计量性能进行了研究。当xLM>0.12时,由于进动频率失效,不能用于湿气气相流量计量；当XLM≤0.12时,进动频率呈现负偏差,并提出了基于进动频率的旋进漩涡流量计湿气气相计量模型,经该模型修正后的气相质量流量相对误差在95.4%的置信度下小于±5%,可用于XLM≤0.12的湿气气相流量计量。(4)首次对旋进漩涡流量计的差压的湿气流计量性能进行了研究,发现其与“文丘里”具有类似的“虚高”特性,并提出了基于差压的旋进漩涡流量计湿气气相计量模型。经该模型修正后的气相质量流量相对误差在96.4%的置信度下小于±5%,可用于湿气气相流量计量。(5)采用两个不同类型的流量传感器——槽式孔板的差压与旋进漩涡流量计的进动频率组合,进行了湿气两相计量技术的研究,并给出了两相流量迭代求解方法、步骤。实验结果表明：气相质量流量相对误差在89.2%的置信度下小于±6%,液相质量流量相对误差在100%的置信度下小于±20%,可用于XLM≤0.12的湿气两相流量计量。(6)采用旋进漩涡流量计的两个不同类型的输出信号——差压与进动频率组合,进行了湿气两相计量技术的研究,并给出了两相流量迭代求解方法、步骤。实验结果表明：气相质量流量相对误差在91.3%的置信度下小于±8%,液相质量流量相对误差在89.2%的置信度下小于±20%,可用于XLM≤0.12的湿气两相流量计量。这种方法只需要利用一个流量计就可实现湿气两相流量计量,从安装、使用、维护等方面都具有更高的性价比。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-31
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 湿气流及基本参数  12-15
    1.2.1 湿气流基本参数  12-14
    1.2.2 湿气流的定义及分类  14-15
  1.3 湿气计量技术综述  15-27
    1.3.1 单相气体流量计计量湿气气相流量  16-22
    1.3.2 组合式湿气流量计计量湿气两相流量  22-25
    1.3.3 利用信号波动特征计量湿气两相流量  25
    1.3.4 国内外湿气计量技术研究现状  25-27
  1.4 本课题的提出  27-28
  1.5 论文的研究内容与结构  28-31
2 基于流体诱发振动的湿气流流型识别  31-59
  2.1 概述  31-32
  2.2 气液两相流流型识别综述  32-34
    2.2.1 基于流型图和流型转换准则的流型识别  32-33
    2.2.2 实时流型识别方法  33-34
  2.3 实验设计  34-37
  2.4 基于流体诱发振动的湿气流型特征提取  37-46
    2.4.1 湿气流诱发振动的机理分析  37-40
    2.4.2 基于小波包的振动信号能量特征提取  40-46
  2.5 基于流体诱发振动的湿气流型识别模型  46-57
    2.5.1 基于径向基网络模型的湿气流型识别  46-48
    2.5.2 基于概率神经网络模型的湿气流型识别  48-51
    2.5.3 基于支持向量机模型的湿气流型识别  51-56
    2.5.4 三种湿气流型识别模型比较  56-57
  2.6 本章小结  57-59
3 基于槽式孔板的湿气气相计量技术研究  59-81
  3.1 槽式孔板的单相气体计量特性  59-60
  3.2 基于槽式孔板的湿气气相计量技术综述  60-62
  3.3 实验设计  62-65
  3.4 实验结果分析  65-80
    3.4.1 槽式孔板的单相气体流量特性  65-67
    3.4.2 槽式孔板的湿气流计量性能  67-70
    3.4.3 基于槽式孔板的湿气气相计量修正模型  70-80
  3.5 本章小结  80-81
4 基于旋进漩涡流量计的湿气气相计量技术研究  81-97
  4.1 概述  81
  4.2 旋进漩涡流量计的单相气体计量特性  81-83
  4.3 实验设计  83-85
  4.4 实验结果分析  85-96
    4.4.1 旋进漩涡流量计的单相气体流量特性  85-87
    4.4.2 旋进漩涡流量计的湿气流计量性能  87-96
  4.5 本章小结  96-97
5 基于槽式孔板与旋进漩涡流量计的湿气两相计量技术研究  97-113
  5.1 组合式湿气两相计量原理  97-100
  5.2 基于槽式孔板与旋进漩涡流量计组合的湿气两相计量  100-107
    5.2.1 实验设计  100-101
    5.2.2 实验结果分析  101-107
  5.3 基于旋进漩涡流量计的差压与进动频率组合的湿气两相计量  107-111
    5.3.1 实验设计  107-108
    5.3.2 实验结果分析  108-111
  5.4 两种组合的湿气两相计量技术比较  111-112
  5.5 本章小结  112-113
6 总结与展望  113-115
  6.1 论文总结  113-114
  6.2 研究展望  114-115
致谢  115-117
参考文献  117-129
攻读博士学位期间论文发表和科研项目参与情况  129-130

基于槽式孔板与旋进漩涡流量计的湿气计量技术研究

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