纵向多极阵列电导式两相流测量方法研究

摘要

多相流系统遍布于许多工业生产过程领域,例如煤粉输送、原油开采、污水排放、纸浆输送、粉尘测量等,其中多相流测量问题是现今研究者们广泛关注的重要研究领域.在众多的多相流体系中,存在着连续相导电且两相介质存在明显导电差异的混相流体,例如石油工业中油井内油水、气液两相流及以水为连续相的油气水三相流(油泡及气泡以分散相形式存在水的连续相中),为了控制与优化这些特殊多相流体系存在的生产及加工过程,必需要解决多相流体的流动过程参数的测量问题,这对各种工业过程中的生产及工艺优化有着重要的意义. 由于两相流存在随机可变的相界面,使其流动结构复杂、流型多变,其流动过程参数难于测量,为此,急需采用先进的传感器及现代信息处理技术为两相流参数测量提供新的检测理论和方法.本文采用多极阵列电导式传感器,通过考察传感器

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第一章绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2两相流流动参数

1.2.1两相流速度场参数

1.2.2两相流浓度场参数

1.3两相流流型

1.3.1垂直上升管中气液两相流流型

1.3.2垂直上升管中油水两相流流型

1.3.3两相流流型辨识方法

1.4电导式传感器两相流测量方法

1.4.1探针法

1.4.2平板电极法

1.4.3截面多电极法

1.4.4阵列电极法

1.5两相流中的波

1.6本文主要工作与创新点

1.7本文组织结构

第二章电导式阵列传感器优化及测量系统设计

2.1纵向多极阵列电导传感器结构设计

2.2传感器优化设计

2.2.1传感器优化过程

2.2.2传感器最佳结构参数的确定

2.3测量系统基本模块设计

2.3.1激励信号发生模块

2.3.2信号调理模块

2.4基于DSP技术的数据采集系统

2.4.1频域相关运算的DSP实现

2.4.2 DSP应用系统的存贮器扩展与Bootloader功能实现

2.4.3采用双口RAM实现MCU与DSP之间的数据传输

2.4.4采用MSP430F149芯片进行数据采集与上位通信

2.4.5上位机软件设计

2.5基于NI-PXI设备的测量系统设计

第三章电导式阵列传感器两相流动态试验

3.1垂直上升管中气液两相流动态试验

3.1.1试验装置

3.1.2试验流动工况设计

3.2垂直上升管油水两相流动态实验

3.2.1试验装置

3.2.2油水两相流相含率测量

3.2.3油水相间滑脱速度试验研究

第四章两相流中的密度波特性

4.1瞬态密度波理论模型

4.1.1瞬态密度波动方程

4.1.2油水两相流密度波传播特性分析

4.2稳态密度波特性

第五章基于密度波理论的流量测量模型

5.1两相流流动模型

5.2气液两相流密度波传播特性

5.3基于密度波理论的气液两相流总流量测量模型

5.3.1段塞流型总流量测量模型

5.3.2混状流型总流量测量模型

第六章两相/三相流流动参数软测量方法

6.1气液两相流电导波动信号特征量提取

6.2支持向量机基本理论

6.2.1支持向量机理论发展

6.2.2支持向量机基本算法

6.3基于支持向量机理论的气液两相流流型辨识

6.4基于软测量方法的伞集流油气水三相流参数测量

6.4.1伞集流油气水三相流测井组合仪

6.4.2伞集流三相流测井组合仪在模拟井中动态测量特性

6.4.3伞集流后测量通道内油气水三相流流动特性

6.4.4预测三相流总流量及分相含率的软测量模型

第七章总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢