含油率检测传感器水出口流态的研究

论文摘要

超标量的含油污水排放造成的水域环境污染,严重地危害了人类的生存环境。因此,准确、迅速地测量出废水含油率有着重要的意义。本文研究了利用红外透射原理检测污水含油率时的被测水流流动状态,水流的运动状态影响着数据测量的稳定性和准确性。本文首先阐述了近红外光谱技术和含油率测量技术的发展状况,并对几种主要的含油率检测仪器的不足之处进行了分析,从而提出了此次设计需要解决的问题,这使研究工作更具针对性。根据被测物质(水油混合物)的光学性质,本文选择了透射式测量方式。在进水管的设计中,由于实验证明流体运动状态对接收信号的稳定影响明显,所以水流的稳定性成为设计准则。雷诺公式是判断流体流动状况的工具,在确保流体为层流的情况下,可以利用它确定进水管直径d 和液体流动速V 的关系,文中对此进行了详细的计算。对光源和光敏接收元件的选择也是非常重要的,这主要需要考虑光源、光敏接收元件以及被测物质(烃类)的峰值波长的最佳匹配。本文还对流体运动进行了ANSYS(FLOTRAN)分析,这可以帮助了解被测水流的运动状态。针对数据采集过程中出现的随机干扰问题,数据处理部分引入了数字滤波算法,很好的解决了这一问题。此次设计的关键之处是设计了一种避免油污污染测量探头的结构,从而使污水含油率检测能够实现真正的在线。测量探头的污染是一个长期难以解决的问题,本文的结构设计虽然还有待完善,但可以为今后的工作提供一个新的思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题来源、目的、意义
• 1.2 国内外发展现状及趋势
• 1.3 现有在线含油率检测仪器存在的问题
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 测量仪原理和方案
• 2.1 近红外光谱技术的特点
• 2.2 传感器的设计原理
• 2.3 测量方式的选择
• 2.4 光源和光敏接收元件的选择
• 2.5 检测仪基本结构
• 3 测量仪结构设计和水流状态研究
• 3.1 测量仪结构设计
• 3.2 测量探头和座体设计
• 3.3 水流状态研究和进水管设计
• 4 出水口水流状态的有限元（FLOTRAN）分析
• 4.1 有限单元法在流体力学中的应用概述
• 4.2 关于ANSYS（FLOTRAN）分析软件
• 4.3 水管出口流态分析
• 5 算法改进和实验结果
• 5.1 测量仪器算法设计概述
• 5.2 数字滤波算法
• 5.3 检测仪程序设计
• 5.4 实验结果分析
• 6 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文目录