液固两相流固相浓度及沉降速度的测量研究

论文摘要

液固两相流的应用几乎遍及工程技术的各个领域,如煤矿、矿石等水利运输,河流中泥沙的运移,石油钻井中钻井液的去屑,以及油层水力压裂支撑剂的运移等等,其流动参数的在线检测对于工业生产过程中的安全控制,经济和高效生产都有重要意义,但是,在液固两相混合物的流动中,不仅各相的内部存在着一些复杂的力学特性,而且各相之间还存在相互作用,所以在线测量其流动参数具有一定难度。本文以超声波理论为背景,采用相关法测量液固两相流中固相沉降速度,利用超声波的衰减机理测量液固两相流中的固相浓度,设计出了可以在线实时测量的系统。本文主要完成的工作如下：(1)对超声波换能器的工作原理做了深入研究,用不同尺寸的压电陶瓷设计制作超声波换能器,并做了大量实验,分析实验数据,确定合适的形状和尺寸。(2)重新设计制作实验装置,现有装置可以调节传感器的水平和垂直距离。(3)合理更换接收电路的仪用放大器,减小信号电压损失。(4)为了减小时滞偏度误差,用C语言编写下位机预延时程序。(5)实现上、下两路通道定时切换采样,解决串扰对相关测量的影响。(6)详细分析了互相关算法的原理以及上、下位机软件的实现方法。(7)通过大量的重复性实验,分析采样频率、积分时间、发射频率等参数对相关测量的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究意义
• 1.3 超声波简介和特性
• 1.4 超声波流量计
• 1.4.1 超声波流量计工作原理
• 1.4.2 超声波流量计的分类
• 1.4.3 超声波流量计的优缺点
• 1.5 超声波流量计的国内外研究情况与现状
• 1.6 液固两相流参数测量方法介绍
• 1.6.1 液固两相流固相速度的测量方法
• 1.6.2 液固两相流固相浓度测量方法
• 1.7 本文的主要工作
• 第2章 超声波换能器工作原理与设计
• 2.1 压电效应概述
• 2.2 压电材料分类
• 2.3 压电陶瓷
• 2.4 超声压电换能器发展
• 2.5 超声压电换能器的主要参数
• 2.6 压电传感器的等效电路
• 2.7 传感器的设计
• 第3章 系统硬件电路设计
• 3.1 系统硬件电路总体设计
• 3.2 发射电路设计
• 3.2.1 信号放大电路
• 3.2.2 微分电路
• 3.2.3 MOSFET跟随电路
• 3.3 接收电路设计
• 3.3.1 前置放大电路
• 3.3.2 带通滤波电路
• 3.3.3 检波电路
• 3.3.4 其他电路设计
• 3.4 ARM数字采集板设计
• 第4章 算法及系统软件设计
• 4.1 相关测量技术
• 4.2 相关系数
• 4.3 相关函数
• 4.4 相关算法的实现
• 4.4.1 上位机相关算法的实现
• 4.4.2 下位机相关算法的实现
• 4.5 数字滤波算法原理和实现方法
• 4.5.1 FIR数字滤波器
• 4.5.2 FIR数字滤波器设计原理
• 4.5.3 用Matlab实现数字滤波器设计
• 4.6 预延时程序的实现
• 4.7 两路模拟通道切换程序
• 4.8 异步串行通讯通信
• 4.9 上位机软件介绍
• 4.10 下位机软件介绍
• 第5章 硬件调试与实验结果分析
• 5.1 系统实验装置
• 5.2 主要改进措施
• 5.2.1 传感器设计和制作
• 5.2.2 两路模拟采样通道切换调试
• 5.2.3 完善实验装置
• 5.2.4 模拟电路的改进
• 5.3 固相速度测量结果分析
• 5.3.1 沙粒沉降速度测量
• 5.3.2 矿粉沉降速度测量
• 5.4 固相浓度测量结果分析
• 5.4.1 沙粒浓度测量
• 5.4.2 矿粉浓度测量
• 5.5 相关测量影响因素分析
• 5.5.1 传感器间距对测量结果的影响
• 5.5.2 采样频率对测量结果的影响
• 5.5.3 采样点数对测量结果的影响
• 5.5.4 测速出现多峰现象的分析和解决方法
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢