小流量热式气体质量流量测量方法研究

发布时间：2017-08-27 04:27

  本文关键词：小流量热式气体质量流量测量方法研究

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【摘要】：石油作为国家的重要战略性能源,对于整个国家的发展具有不可忽视的重要意义,随着石油资源需求量的日益增长,合理有效的开采方法显得尤为重要,而火烧油层技术是提高原油采收率的重要方法之一。为了实时掌握油井井下气体注入状况和各油层对气体有效吸收特性,必须对混合气体的质量流量进行准确监测。热式气体质量流量测量方法对于小流量气体的测量具有其它方法无法比拟的优点,并在混合气体的质量流量测量方面得到广泛的应用。本文以研究辽河油田火烧井空气(助燃剂)的注入状况、监测微小气体流量为目的,提出一种具有自动温度补偿和混合气体组分补偿功能的小流量热式气体质量流量测量方法。首先对热式气体质量流量测量方法进行理论分析,建立质量流量测量的数学模型;然后提出了恒温差测量法和定功率测量法,通过对比分析两种方法的特点,选择恒温差测量法作为本文流量计的测量模式,确定设计方案;最后研究了温度补偿算法和组分补偿算法,并根据温度补偿原理提出了改进型温度补偿算法和硬件实现方案。在理论分析的基础上,利用FLUENT进行流体仿真,并对速度云图及温度云图进行分析。通过仿真确定传感器结构,并提出一种在管道中加入环形分布器的优化模型;对优化模型进行不同雷诺数下的流体仿真分析,验证了质量流量测量的数学模型,并最终确定传感器的优化结构,提高了本文设计方案的可靠性。本文采用STM32F103ZET6单片机控制气体质量流量测量系统,采用改进型自动温度补偿电路,得到与各个瞬时流量以及气体温度对应的电压值,通过计算并在液晶屏上显示不同流速对应的实时电压曲线、瞬时流速以及累积流量值。软件设计主要包括ADC转换模块、流量数据处理模块和流量显示模块的设计。从小流量热式气体质量流量计样机的实验结果可以得出,本文设计的样机在测量流速为0m/s~3m/s的小流量气体时具有高灵敏度和良好的重复性,测量精度可达±1.5%。同时也验证了改进型自动温度补偿算法和混合气体组分补偿算法的可行性。因此,本文提出的测量方法适用于小流量气体质量流量的测量。为深入了解火烧井各层注入气体量、充分燃烧油层、提高采收率提供了可靠的依据。
【关键词】：小流量气体 气体质量流量测量 温度补偿 组分补偿 环形分布器
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE35;TE937
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 创新点摘要7-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题背景10-13
• 1.1.1 气体流量测量方法讨论10-12
• 1.1.2 混合气体流量测量方法可行性分析12-13
• 1.2 热式气体质量流量测量技术国内外研究现状及发展趋势13-14
• 1.3 课题研究的目的、意义及内容14-15
• 1.3.1 课题研究的目的和意义14-15
• 1.3.2 课题主要研究内容15
• 1.4 本章小结15-16
• 第二章 热式气体质量流量测量方法研究16-32
• 2.1 热式气体质量流量测量理论分析16-22
• 2.1.1 流体流动基本原理16-18
• 2.1.2 传热原理18-19
• 2.1.3 热式气体质量流量测量的工作原理19-22
• 2.2 热式气体质量流量测量方法研究22-26
• 2.2.1 传感元件的选择22-23
• 2.2.2 热式气体质量流量的测量方法23-26
• 2.3 热式气体质量流量测量的补偿算法研究26-31
• 2.3.1 温度补偿算法研究26-28
• 2.3.2 改进型自动温度补偿电路28-29
• 2.3.3 组分补偿算法研究29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 热式气体质量流量测量方法的流体仿真32-41
• 3.1 FLUENT软件简介32-33
• 3.2 FLUENT仿真过程33
• 3.2.1 利用GAMBIT建立计算模型33
• 3.2.2 FLUENT求解33
• 3.3 探头位置的确定及模型优化33-37
• 3.3.1 探头位置仿真与分析33-36
• 3.3.2 模型优化36-37
• 3.4 仿真结果与数据分析37-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 小流量热式气体质量流量测量系统设计41-52
• 4.1 系统方案总体设计41
• 4.2 系统硬件设计41-48
• 4.2.1 系统硬件总体设计41-42
• 4.2.2 气体流量测量电路的设计42-43
• 4.2.3 电源系统的设计43-44
• 4.2.4 单片机及其外围电路设计44-46
• 4.2.5 液晶显示电路设计46-47
• 4.2.6 数据存储电路设计47
• 4.2.7 串口电路设计47-48
• 4.3 系统软件设计与实现48-51
• 4.3.1 系统软件总体设计48-49
• 4.3.2 ADC模块软件设计49-50
• 4.3.3 显示模块软件设计50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 系统实验结果与数据分析52-62
• 5.1 小流量热式气体质量流量测量实验系统设计52-53
• 5.1.1 实验平台的设计52
• 5.1.2 实验装置的搭建52-53
• 5.2 实验数据的曲线拟合53-55
• 5.3 实验结果与数据分析55-61
• 5.3.1 常温下的样机特性曲线55-60
• 5.3.2 温度变化下的样机特性曲线60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-66
• 发表文章目录66-67
• 致谢67-68

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本文编号：744375