基于ECT技术的管道流型识别仿真研究
发布时间：2022-01-26 10:53
疏浚工程在港口航道建设、湖泊清淤整治及长江航道维护等领域起着重大作用,疏浚船舶作为疏浚工程的核心装备,是保障疏浚工程高效、经济、绿色实施的基础。由泵和管路组成的吸扬系统是疏浚船舶实现泥浆输送的主要方式之一,为了实现泵-管高效匹配,必须准确采集包括泵的转速、管道流速与压力、泥浆浓度等关键参数,而浓度值测量是其中的核心和难点。目前疏浚船舶上多采用传统仪表与γ射线浓度仪进行测量,但是γ射线浓度仪存在对人体造成伤害及安全管理等方面问题,疏浚企业认同度不高,希望有新的安全准确的浓度测试手段。电容层析成像（Electrical Capacitance Tomography,简称ECT）作为一种非侵入检测技术,具有结构简单、无辐射还可以反应管道内介质的分布等优点,在石油化工管道输送等领域得到了运用。本文依托所在实验室的疏浚管道试验平台,结合ECT技术开展了气/液和固/液两类流型仿真分析,主要研究如下:（1）运用COMSOL对ECT电容传感器进行计算与分析。运用COMSOL开展ECT电容传感器建模与仿真计算,得到了反映ECT电容传感器软场特性的灵敏度分布图。（2）ECT电容传感器的参数优选与分析。结合...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ECT电容传感器基本构造图
17器的有限元分析。第一步：选择合适的物理场对模型进行求解，对于ECT模型，空间维度选取二维，物理场接口选取AC\DC模块中的静电接口，可以看到对静电接口的描述，研究内容选取稳态。第二步：根据物理模型参数完成对模型的构建，主要参数有，极板个数，极板张角（建模的时候与极板宽度有关），管道内径，管壁厚度，管壁材料介电常数，屏蔽材料介电常数，屏蔽层到电极距离。管道内部呈现空场状态，内部介质为空气。电极板与屏蔽层的材料均选取为铜。完成的模型如图2-2所示。图2-2二维ECT电容传感器模型图第三步：边界条件条件的设置，按照2.2节的内容进行边界条件的设定，现选取12点钟方向的电极板为激励极板，激励电压设置为1V。其余各个极板和屏蔽层按照接地处理电压设置为0V。第四步：网格划分。COMSOL有限元分析软件，自带网格划分功能，还可以选取网格的粗细程度，选区网格划分的粗细程度为标准进行网格划分。第五步：求解。点击计算对模型进行求解，得到电势分布云图。此外COMSOL还提供了多种后处理方法可以进一步求解相应的参数还可以进行二维、三维图表的绘制。主要方法是选取相应的数据集，在数据集中对需要处理的数据进行进一步处理。开启终端扫描功能，将终端参数“PortName”输入到“Pi参数中”，在计算中开启参数化扫描功能，选取相应的参数名称“PortName”，在参数范围中填写“1，1，8”（第一个1表示起始终端编号是1，第二个1表示每一步的迭代步长为1，第三个数字8表示循环到8停止）。该循环的作用是模拟电容层析成像的
23顶点元素的数量:160边缘元素的数量:8168边界元数:312496元素数量:2148258最小元素质量:0.168(d)极细网格划分图2-5三维网格划分示意图051015202530-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.6电电电电电编编网网网网网网电电网网网网网网电电网网网网网网电电(a)电容值计算误差051015202530-0.020.000.020.040.060.080.100.120.140.160.18归归归电电电电电电电编编网网网网网网电电网网网网网网电电网网网网网网电电（b）归一化电容值计算误差图2-6三维网格误差可以发现，在几种不同的的网格划形式中，电容传感器所在位置的网格都是
【参考文献】：
期刊论文
[1]疏浚管系作业全自动控制系统[J]. 黄宗锐,周振燕. 水运工程. 2018(12)
[2]基于两相流电容层析成像系统的正则化Landweber算法[J]. 田沛,秦京建,秦旭刚. 仪器仪表用户. 2018(09)
[3]基于支持向量机的短期风速预测研究综述[J]. 杨茂,陈新鑫,张强,李大勇,孙涌,贾云彭. 东北电力大学学报. 2017(04)
[4]多权值电容归一化方法的研究[J]. 何世钧,张婷,何海洋,程小龙,周媛媛. 计量学报. 2017(03)
[5]电学层析成像技术[J]. 王化祥. 自动化仪表. 2017(05)
[6]基于电场中心线的ECT灵敏度矩阵计算[J]. 薛倩,马敏,王化祥. 中南大学学报(自然科学版). 2016(11)
[7]基于高速摄影传感器的气液两相流型分层模糊识别[J]. 常佃康,薛婷,张旖婷. 传感器与微系统. 2016(11)
[8]湖泊环保疏浚工程中泥浆絮凝效率的优化研究[J]. 李晓威,吕鹏,彭万里. 人民黄河. 2016(09)
[9]基于ECT图像重建算法的多相流检测研究[J]. 赵玉磊,郭宝龙. 农业机械学报. 2016(07)
[10]电极个数对厚管壁电容层析成像的影响[J]. 史俊杰,杨道业,陈静,金月娇. 仪表技术与传感器. 2016(02)
博士论文
[1]表面等离子体近场成像的有限元法模拟与分析[D]. 黄雨.清华大学 2016
[2]电学层析成像形状重建方法研究[D]. 任尚杰.天津大学 2014
[3]基于有限差分法的铸造热应力数值模拟[D]. 王跃平.哈尔滨工业大学 2013
[4]电容层析成像图像重建与气力输送两相流可视化测量研究[D]. 王泽璞.华北电力大学 2013
[5]绞吸式挖泥船管道加气输送技术研究[D]. 熊庭.武汉理工大学 2011
[6]计算电磁学中的径向基无网格法[D]. 赖生建.电子科技大学 2010
[7]挖泥船泥浆管道输送系统效率优化与控制研究[D]. 闭治跃.浙江大学 2008
[8]电容层析成像系统的研制及其在两相流参数检测中的应用研究[D]. 王雷.浙江大学 2003
[9]基于有限元法的混合技术及其在复杂电大腔体电磁分析中的应用[D]. 何小祥.南京航空航天大学 2003
[10]时域有限差分法在天线计算中的理论和应用研究[D]. 尹家贤.中国人民解放军国防科学技术大学 2003
硕士论文
[1]基于DSP与FPGA的ECT数据采集系统研究与设计[D]. 李博文.哈尔滨理工大学 2017
[2]基于卡尔曼算法的ECT数据采集系统研究与设计[D]. 杨婷.哈尔滨理工大学 2017
[3]基于大尺度传感器的电容层析成像系统硬件设计及实现[D]. 王祎.广西大学 2015
[4]基于神经网络的电容层析成像系统流型识别研究[D]. 宋蕾.哈尔滨理工大学 2015
[5]绞吸式挖泥船疏浚动态特性数学模型建立与仿真系统设计[D]. 丁宏锴.河海大学 2002
本文编号：3610363
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ECT电容传感器基本构造图
17器的有限元分析。第一步：选择合适的物理场对模型进行求解，对于ECT模型，空间维度选取二维，物理场接口选取AC\DC模块中的静电接口，可以看到对静电接口的描述，研究内容选取稳态。第二步：根据物理模型参数完成对模型的构建，主要参数有，极板个数，极板张角（建模的时候与极板宽度有关），管道内径，管壁厚度，管壁材料介电常数，屏蔽材料介电常数，屏蔽层到电极距离。管道内部呈现空场状态，内部介质为空气。电极板与屏蔽层的材料均选取为铜。完成的模型如图2-2所示。图2-2二维ECT电容传感器模型图第三步：边界条件条件的设置，按照2.2节的内容进行边界条件的设定，现选取12点钟方向的电极板为激励极板，激励电压设置为1V。其余各个极板和屏蔽层按照接地处理电压设置为0V。第四步：网格划分。COMSOL有限元分析软件，自带网格划分功能，还可以选取网格的粗细程度，选区网格划分的粗细程度为标准进行网格划分。第五步：求解。点击计算对模型进行求解，得到电势分布云图。此外COMSOL还提供了多种后处理方法可以进一步求解相应的参数还可以进行二维、三维图表的绘制。主要方法是选取相应的数据集，在数据集中对需要处理的数据进行进一步处理。开启终端扫描功能，将终端参数“PortName”输入到“Pi参数中”，在计算中开启参数化扫描功能，选取相应的参数名称“PortName”，在参数范围中填写“1，1，8”（第一个1表示起始终端编号是1，第二个1表示每一步的迭代步长为1，第三个数字8表示循环到8停止）。该循环的作用是模拟电容层析成像的
23顶点元素的数量:160边缘元素的数量:8168边界元数:312496元素数量:2148258最小元素质量:0.168(d)极细网格划分图2-5三维网格划分示意图051015202530-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.6电电电电电编编网网网网网网电电网网网网网网电电网网网网网网电电(a)电容值计算误差051015202530-0.020.000.020.040.060.080.100.120.140.160.18归归归电电电电电电电编编网网网网网网电电网网网网网网电电网网网网网网电电（b）归一化电容值计算误差图2-6三维网格误差可以发现，在几种不同的的网格划形式中，电容传感器所在位置的网格都是
【参考文献】：
期刊论文
[1]疏浚管系作业全自动控制系统[J]. 黄宗锐,周振燕. 水运工程. 2018(12)
[2]基于两相流电容层析成像系统的正则化Landweber算法[J]. 田沛,秦京建,秦旭刚. 仪器仪表用户. 2018(09)
[3]基于支持向量机的短期风速预测研究综述[J]. 杨茂,陈新鑫,张强,李大勇,孙涌,贾云彭. 东北电力大学学报. 2017(04)
[4]多权值电容归一化方法的研究[J]. 何世钧,张婷,何海洋,程小龙,周媛媛. 计量学报. 2017(03)
[5]电学层析成像技术[J]. 王化祥. 自动化仪表. 2017(05)
[6]基于电场中心线的ECT灵敏度矩阵计算[J]. 薛倩,马敏,王化祥. 中南大学学报(自然科学版). 2016(11)
[7]基于高速摄影传感器的气液两相流型分层模糊识别[J]. 常佃康,薛婷,张旖婷. 传感器与微系统. 2016(11)
[8]湖泊环保疏浚工程中泥浆絮凝效率的优化研究[J]. 李晓威,吕鹏,彭万里. 人民黄河. 2016(09)
[9]基于ECT图像重建算法的多相流检测研究[J]. 赵玉磊,郭宝龙. 农业机械学报. 2016(07)
[10]电极个数对厚管壁电容层析成像的影响[J]. 史俊杰,杨道业,陈静,金月娇. 仪表技术与传感器. 2016(02)
博士论文
[1]表面等离子体近场成像的有限元法模拟与分析[D]. 黄雨.清华大学 2016
[2]电学层析成像形状重建方法研究[D]. 任尚杰.天津大学 2014
[3]基于有限差分法的铸造热应力数值模拟[D]. 王跃平.哈尔滨工业大学 2013
[4]电容层析成像图像重建与气力输送两相流可视化测量研究[D]. 王泽璞.华北电力大学 2013
[5]绞吸式挖泥船管道加气输送技术研究[D]. 熊庭.武汉理工大学 2011
[6]计算电磁学中的径向基无网格法[D]. 赖生建.电子科技大学 2010
[7]挖泥船泥浆管道输送系统效率优化与控制研究[D]. 闭治跃.浙江大学 2008
[8]电容层析成像系统的研制及其在两相流参数检测中的应用研究[D]. 王雷.浙江大学 2003
[9]基于有限元法的混合技术及其在复杂电大腔体电磁分析中的应用[D]. 何小祥.南京航空航天大学 2003
[10]时域有限差分法在天线计算中的理论和应用研究[D]. 尹家贤.中国人民解放军国防科学技术大学 2003
硕士论文
[1]基于DSP与FPGA的ECT数据采集系统研究与设计[D]. 李博文.哈尔滨理工大学 2017
[2]基于卡尔曼算法的ECT数据采集系统研究与设计[D]. 杨婷.哈尔滨理工大学 2017
[3]基于大尺度传感器的电容层析成像系统硬件设计及实现[D]. 王祎.广西大学 2015
[4]基于神经网络的电容层析成像系统流型识别研究[D]. 宋蕾.哈尔滨理工大学 2015
[5]绞吸式挖泥船疏浚动态特性数学模型建立与仿真系统设计[D]. 丁宏锴.河海大学 2002
本文编号：3610363
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