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油水两相流同轴流体电容传感器测量特性研究

作　者: 张浩
导　师: 金宁德; 马文衡
学　校: 天津大学
专　业: 控制工程
关键词: 油水两相流同轴流体电容传感器相含率测量时频域分布特性
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

两相流流动现象广泛存在于石油、能源、制药和化工等工业过程中。其中，相含率及分相流速等参数是反映流体动力学特性的重要因素；然而，由于滑脱现象，导致两相流局部浓度及速度分布不均匀，难以准确测量相含率参数。本课题研究了用于油水两相流相含率测量的同轴流体电容传感器，在优化设计传感器几何尺寸基础上，在油水两相流流动环实验装置上考察了传感器测量特性，取得了如下创新性研究成果：1．采用有限元分析方法(FEM)考察了传感器结构参数对同轴流体电容传感器内部电场和灵敏场分布的影响，在此基础上，依灵敏度最优原则，给出了传感器最优几何尺寸。此外，考察了不同油泡直径对传感器测量特性影响，为传感器测量特性分析提供了理论依据。2．在优化传感器几何尺寸基础上，设计加工了同轴流体电容传感器，研制了测量电路，并结合PXI数据采集模块构建了传感器测量系统；在含水率0%-100%及总流量0.5方/天-7方/天流动工况范围内，进行了同轴流体电容传感器油水两相流动态实验，实验结果表明：该传感器具有较高的含水率测量分辨效果。3．基于电容传感器测量的瞬态波动信号，提取了视持水率值，并建立了油水流型漂移模型，取得了较好的分相流量预测效果；此外，基于电容传感器波动信号分析了不同流型的时频域分布特性，发现联合时频分布总能量及主频特征可有效地辨识五种不同类型的油水两相流流型。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题研究背景及意义  8
  1.2 垂直上升油水两相流研究  8-10
  1.3 电容式传感器测量方法  10-12
  1.4 两相流测量信号分析方法  12
  1.5 本课题主要内容及创新点  12-13
  1.6 本文组织结构  13-15
第二章同轴流体电容传感器优化设计  15-32
  2.1 同轴流体电容传感器基本结构  15-16
  2.2 同轴流体电容传感器检测原理  16-17
  2.3 同轴流体电容传感器内部电场分析  17-22
    2.3.1 有限元仿真过程  17-18
    2.3.2 传感器内部电势分布  18-22
  2.4 同轴流体电容传感器灵敏场分析  22-28
    2.4.1 电极长度影响  24-25
    2.4.2 绝缘层厚度影响  25-26
    2.4.3 中心电极直径影响  26-27
    2.4.4 外电极内径影响  27-28
  2.5 泡径对传感器响应特性影响  28-30
  2.6 本章小结  30-32
第三章同轴流体电容传感器两相流动态实验  32-50
  3.1 同轴流体电容传感器测量系统  32-40
    3.1.1 同轴流体电容传感器  32-35
    3.1.2 传感器测量电路  35-38
    3.1.3 信号采集系统  38-40
  3.2 垂直油水两相流动态实验  40-42
  3.3 垂直油水两相流动态实验流型分析  42-43
  3.4 垂直油水两相流动态实验传感器响应  43-48
  3.5 本章小结  48-50
第四章漂移模型与传感器信号时频域分析  50-69
  4.1 油水两相流漂移模型  50-56
    4.1.1 漂移模型  50-52
    4.1.2 分相流速预测  52-56
  4.2 电容传感器测量信号时频域分析  56-68
    4.2.1 Choi-Williams 分布  56-57
    4.2.2 电容传感器信号时频域分布特性  57-60
    4.2.3 时频域分布总能量和主频分布特性  60-68
  4.3 本章小结  68-69
第五章总结与展望  69-71
参考文献  71-76
发表论文和参加科研情况说明  76-77
致谢  77

油水两相流同轴流体电容传感器测量特性研究

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