多电极成像电磁流量计单相流及固液两相流速度分布测量研究

摘要

本文在发展传统权函数理论的基础上,针对单相流以及多相流中速度分布高度不均匀对流量测量的影响,提出并设计了一种新型的非侵入式电磁测量系统。单相流的不对称对电磁测量影响严重,而多相流广泛存在于石油、动力、化工、冶金和医药领域,因此研究此类高度偏离的速度分布下流动参数的精确测量具有重大意义。
　　文中基于传统Shercliff权函数理论发展出区域权函数的概念,并详细介绍了基于区域权函数理论制成的多电极成像电磁流量计,该系统旨在测量速度分布高度不均匀的单相水流和固-液两相流流动截面处的轴向速度分布。在多相流测量中,需要通过其他手段测量特定相的体积含率,之后与电磁流量计测得的局部轴向速度积分求得各相的体积流量。
　　本文针对赫姆霍兹线圈在流动截面处激励的磁感应强度分布进行数值模拟,提出对线圈几何配置的优化参数选择;采用有限元分析法对电极成像电磁流量计模型进行建模仿真,并求取区域权函数的数值;通过仿真实验与实流实验充分证明区域权函数的稳定性与速度重构的精确性,并且对速度分布重构的算法进行了讨论,选取吉洪诺夫正则化法则。
　　流量计传感器选用16电极均匀分布的方式,设计适合被测流型特点的电极,并进行外壳材料的实验。转换器设计中,全面分析了电磁流量计磁场激励信号与测量信号的特点,选取低频三值方波电流驱动方式,针对设计阶段出现的温度漂移影响引入了温度补偿电路,并对信号测量的放大滤波电路进行了反复优化。将VM1微处理器引入多电极成像电磁流量计智能信息处理系统中,作为控制和计算核心完成传感器控制、数据采集与处理等功能。
　　文中还进行了多电极成像电磁流量计的单相流和固-液两相流实验,验证了区域权函数的理论并检验了测量系统的设计。单相对称流、非对称流测量实验表明MIEF的测量精度优于传统两电极电磁流量计,并具备更广泛的应用范围。在固-液两相流实验中,MIEF样机重构出导电相的速度分布数值,为准确的体积流量测量奠定了良好基础。

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第一章 绪论

1.1电磁流量计的测量原理与特性

1.2电磁流量计发展历史概况

1.3与本文相关的电磁流量计研究现状

1.4电磁流量计的潜在应用领域

1.5 论文研究内容

第二章 多电极成像电磁流量计的相关理论问题

2.1电磁流量计测量的基本理论

2.2 Shercliff权函数理论及计算

2.3流速分布规律对传统电磁测量的影响

2.4 区域权函数理论

2.5电磁流量计多电极阵列设计

2.6本章小结

第三章 基于区域权函数的多电极成像电磁流量计有限元数值仿真

3.1 多电极成像电磁流量计有限元仿真模型的建立求解步骤

3.2 赫姆霍兹线圈磁场的仿真

3.3 区域权函数的仿真求取

3.5不同速度场分布下的感应电动势仿真

3.6本章小结

第四章 基于区域权函数理论的速度重构

4.1基于区域权函数理论的速度重构方法

4.2基于仿真数据的速度重构结果

4.3本章小结

第五章 多电极成像电磁流量计测量系统的设计

5.1 多电极成像电磁流量计传感器设计

5.2 多电极成像电磁流量计转换器设计

5.3 本章小结

第六章 多电极成像电磁流量计实验系统设计及数据分析

6.1 实验系统介绍

6.2 实验参考值的测量

6.4 单相水流实验

6.5 固-液两相流实验

6.6 本章小结

第七章 总结与建议

7.1 总结

7.2 建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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