油气润滑ECT系统的设计及性能分析

发布时间：2017-04-07 16:16

  本文关键词：油气润滑ECT系统的设计及性能分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为了评价油气润滑系统的润滑效果,系统中油气两相流输运特性的检测成为亟需解决的问题。本文针对油气润滑系统中特殊小管径管道油气两相流输运的ECT系统进行了设计及性能分析,主要工作内容与结论如下：(1)利用有限元COMSOL软件快速求解了油气润滑系统水平管道内电场的灵敏度矩阵；运用COMSOL和MATLAB联合仿真,对该管道内灵敏度场的软场效应进行了研究；分析了一种油气润滑系统水平管道两相流流型,并分别分析了在软场效应和无软场效应的情况下,水平管道内的灵敏度矩阵和图像成像精度。结果表明：检测电极在远离油域的位置时,灵敏度场的值变化相对较小；检测电极在靠近油域的位置时,灵敏度场的值变化相对较大。在油气水平管道两相流图像成像的过程中,考虑软场效应可以使图像的精度得到进一步的提高。(2)利用COMSOL有限元软件搭建了油气润滑系统ECT的阵列电极三维管道模型,得到了阵列电极在不同阵列电极结构参数下的电势云图,并求出了空场满场的三维阵列电极的电容值。根据油气润滑系统小管径的管道特点,推导出一种适合油气润滑系统阵列电极三维管道内快速计算灵敏度场的计算表达式；定义了横向灵敏性和灵敏度均匀性两个评价指标,并结合传统的阵列电极的灵敏度、被测电容的变化范围另外两个评价指标,对油气润滑系统空间ECT阵列电极进行了特性分析。结果表明：根据特性分析结果制作的空间ECT阵列电极具有较均匀的灵敏度分布和较好的检测灵敏性。(3)根据油气润滑系统中小管径管道油气两相流的特点,设计了一种带有电容补偿的电容层析成像系统,仿真分析了系统关键硬件模块的性能,编写了系统关键功能模块软件程序,最后基于三个重要的系统评价指标对设计的ECT系统进行了评价。分析结果表明：该ECT系统具有检测时间较短、抗杂质电容能力较强、输出结果失真率低的特点。(4)比较了3种数字化提取ECT电容值的方法,通过软件分别求解出了电容值,并通过4个评价指标综合选定最后数字解调的方案。结果表明：采用正交解调数字化提取电容值的方法不仅降低了系统硬件资源的占用,而且在系统的速度和精度方面达到了较优的性能。
【关键词】：油气润滑 电容层析成像 软场效应 电容补偿 正交解调
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O359;TH117.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 研究意义及研究内容13-15
• 1.3.1 研究意义13-14
• 1.3.2 研究内容14-15
• 第二章 油气润滑ECT系统传感器的性能分析及优选15-34
• 2.1 ECT传感器内软场效应分析15-22
• 2.1.1 概述15
• 2.1.2 ECT系统数学建模与软场效应评价指标15-18
• 2.1.3 基于COMSOL快速计算的设置18-20
• 2.1.4 灵敏度软场效应的结果分析20-22
• 2.1.5 软场效应对图像精度的影响22
• 2.2 结构参数对ECT传感器性能影响22-33
• 2.2.1 概述22-23
• 2.2.2 ECT建模求解与灵敏度快速计算23-26
• 2.2.3 ECT敏感阵列电极特性评价指标的确定26-28
• 2.2.4 阵列电极结构参数的分析28-33
• 2.3 本章总结33-34
• 第三章 油气润滑ECT数据采集系统的设计及性能仿真34-53
• 3.1 数据采集卡的总体概述34-35
• 3.2 系统的组成与功能分析35-46
• 3.2.1 模拟电路的组成35-42
• 3.2.2 数字电路的组成42-46
• 3.3 关键组成模块的电路仿真分析46-48
• 3.4 系统关键软件部分设计48-51
• 3.5 ECT数据采集系统的评价51-52
• 3.6 本章总结52-53
• 第四章 数字化提取油气润滑ECT系统电容值方法的分析53-73
• 4.1 极值法提取电容值53-54
• 4.2 全相位频谱分析法提取电容值54-57
• 4.2.1 提取的原理54
• 4.2.2 全相位频谱分析技术在MATLAB下的仿真54-55
• 4.2.3 数字滤波器FIR的设计55-56
• 4.2.4 数字ECT系统的DSP6700程序的实现56-57
• 4.3 正交解调法提取电容值57-70
• 4.3.1 提取的原理57-58
• 4.3.2 MATLAB仿真和FPGA下的实现58-60
• 4.3.3 FPGA下正交解调的实现60-70
• 4.4 四种检测方法的评价70-72
• 4.5 本章总结72-73
• 第五章 结论与展望73-75
• 5.1 结论73-74
• 5.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文79-80
• 致谢80

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