超声波对流体的作用效应研究

摘要

本文针对石油领域中对原油管输降粘的迫切需求，研究超声波对流体的作用效果，并以此为依据开展超声波降粘技术的研究。研究了超声波作用下原油粘度下降的作用机理，以及不同超声波参数对其作用性能的影响，据此开展了超声波作用效应的试验研究，设计了基于作用效应因子的正交试验，在试验的基础上进行归类分析，总结出超声波降粘影响因子的最优组合。设计了一套超声波发射系统，该系统包括频率与功率均可控的超声波电源、压电陶瓷超声波换能器、超声作用平台等。其中自行研制的超声波电源具有功率大、频率可调、功率可控、功率因数高、能耗低等一系列优点，此压电陶瓷换能器功率大、机电转换效率高，整套系统工作稳定，满足试验要求。室内开展的大量试验结果表明，所研制的系统有良好的降粘效果。通过开展本文的研究工作，总结出了一些可供实际工程参考的超声波作用理论依据，也经过对此套室内超声波作用系统的设计制作，积累了一些大功率设备的设计经验，为后续开展大型现场原油降粘系统工程工作提供了设计基础。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外对超声波的研究

1．2．1 超声波基础理论的研究

1．2．2 超声波传播机理的研究

1．2．3 超声波技术在石油领域的应用

1．3 本文主要研究内容和组织结构

第二章 超声波作用系统的设计理论

2．1 超声波参数的确定

2．2 系统参数的选择和设计

2．2．1 声功率的确定

2．2．2 声强的确定

2．2．3 辐射声场分析

2．3 超声波对原油的作用效应

2．3．1 原油及其特性

2．3．2 超声波降粘技术

2．4 超声波降粘机理

2．4．1 机械效应

2．4．2 热效应

2．4．3 空化效应

2．5 本章小结

第三章 超声波发生系统的研制

3．1 超声波试验用系统

3．2 超声波发生系统

3．2．1 超声波驱动电源

3．2．2 超声波换能器

3．2．3 换能器的匹配

3．2．4 系统的阻抗匹配

3．2．5 控制电路

3．2．6 超声波发生系统的调试

3．3 恒温水槽

3．4 粘度测量仪器

3．5 超声波声强测量仪

3．6 试验过程中遇到的问题

3．7 本章小结

第四章 超声波降粘试验

4．1 超声波作用效果影响因子的分析

4．1．1 关于频率因素的试验

4．1．2 关于声强因素的试验

4．1．3 关于作用时间因素的试验

4．1．4 关于作用环境温度因素的试验

4．2 超声波正交试验设计

4．2．1 试验目的

4．2．2 试验方案

4．2．3 超声波作用稠油的正交试验及其结果分析

4．3 本章小结

第五章 输油管线上的超声波降粘技术研究

5．1 管式降粘系统

5．2 罐式降粘系统

5．3 驻波场降粘系统

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 完成的主要研究内容

6．2 得出的主要结论

6．3 本论文的创新点

6．4 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文