發(fā)布時(shí)間：2021-07-18 08:24

　　管道在輸送流體方面具有很大優(yōu)勢(shì),在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中都起著十分重要的作用。管道內(nèi)的結(jié)垢是石油、天然氣、食品和許多其他相關(guān)行業(yè)普遍關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。它迫使相關(guān)行業(yè)定期清除結(jié)垢,甚至更換管道。如果除垢操作不及時(shí)或操作不當(dāng),可能會(huì)導(dǎo)致管道變形、泄漏甚至爆裂。和傳統(tǒng)除垢方法相比,超聲導(dǎo)波除垢方法因其傳播遠(yuǎn)、覆蓋廣和不停工等優(yōu)勢(shì)被廣泛關(guān)注。根據(jù)上述問(wèn)題,本文提出了一種基于超聲導(dǎo)波的環(huán)保型管道除垢方法。論文提出的基于FPGA的超聲導(dǎo)波管道除垢技術(shù),其不僅保留了傳統(tǒng)除垢方式的優(yōu)點(diǎn),而且還具有在不影響正常生產(chǎn)下大范圍去除結(jié)垢的優(yōu)勢(shì)。在進(jìn)行大范圍除垢工作的同時(shí),可最大程度地節(jié)省時(shí)間和資源,實(shí)現(xiàn)高效、快速、安全的除垢目的。本文對(duì)基于FPGA的超聲導(dǎo)波管道除垢技術(shù)進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。首先通過(guò)FPGA開(kāi)發(fā)平臺(tái)和Verilog HDL編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)了基于FPGA的信號(hào)源發(fā)生器,作為除垢系統(tǒng)的一部分可產(chǎn)生滿足后續(xù)除垢環(huán)節(jié)的換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)。其次,通過(guò)有限元仿真軟件COMSOL建立了基于超聲導(dǎo)波的充液管道除垢模型并進(jìn)行了兩種情形的對(duì)比研究,即單件傳感器和傳感器陣列。經(jīng)過(guò)掃描式激光測(cè)振儀挑選波形信號(hào)的最優(yōu)激勵(lì)頻率,仿真結(jié)... 

【文章來(lái)源】：天津科技大學(xué)天津市

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【圖文】：

圖１－１管道爆炸事故??Ｆｉｇ．?１－１?Ｐｉｐｅｌｉｎｅ?ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ?ａｃｃｉｄｅｎｔ??

?天津科技大學(xué)碩士學(xué)位論文???（Ｇｒｏｕｐ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｃｇ）。簡(jiǎn)而言之，相速度是單質(zhì)點(diǎn)傳播方向的速度，而群速度是??包絡(luò)上具有最大幅值點(diǎn)傳播聲波能量的速度。??相速度傳播??ｍ?ｍ?ｍ??ｄ／／?ｌｌ／／／?ｉ如，??：ｅ＂／?＼＼）（／／?ｗ（／／??位置??１——時(shí)間１一一時(shí)間２?＿?＿?＿時(shí)間３ｌ??圖２－２相速度傳播示意圖??Ｆｉｇ．?２－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｈａｓｅ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ??群速度傳播??位置??ｒ—時(shí)間卜－時(shí)間２－－時(shí)［ｈＩｔｉ??圖２－３群速度傳播示意圖??Ｆｉｇ．?２－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｇｒｏｕｐ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ??群速度和相速度的定義分別為：??Ｃ?式（２－１）??ｇ?Ａｋ?ｄｋ??ｃ＝°＾?式?Ｐ－２）??ｋ??其中，ｗ為角頻率，Ａ：為波數(shù)。??將二者定義式相聯(lián)可得：??ｃ?＝?＾??Ｃｐ?ｄｆ?式（２－３）??ｄ（ｋｃｐ）?７?ｄｃＰ??＝?＝?ｃＰ?＋?ｋ?——??ｄｋ?ｄｋ??其中，／是脈沖的標(biāo)稱中心頻率。??９??

２基于超聲導(dǎo)波的管道內(nèi)結(jié)垢去除機(jī)理研究???從公式（２－１）和（２－２）可以看出，在相速度不隨頻率變化的情況下，它將等于群??速度即相位將以與脈沖包絡(luò)相同的速度傳播。然而，在超聲導(dǎo)波理論中群速度和??相速度通常情況下并不一致。從式（２－３）可看出，群速度與相速度不相同。這樣的??實(shí)際效果是：隨著時(shí)間的推移，聲波的傳播將具有“展開(kāi)”的趨勢(shì)，因?yàn)橄辔粚??以與包絡(luò)不同的速度行進(jìn)，這種效應(yīng)被稱為頻散特性［４１］。從頻譜的角度考慮相速??度和群速度，群速度表示為該點(diǎn)曲線的局部斜率，如圖２－４所示�，F(xiàn)在可以提供??三種情況的物理示例：??１、Ｃｐ＞Ｃｇ：經(jīng)典（正常）分散，起源于后方，向前移動(dòng)并消失；??２、＝?無(wú)頻散；??３、ｃｐ＜ｃｇ：異常分散，起源于前方，向后移動(dòng)并消失。??本??Ｃ０??ｃｇ＜ｃＰ?卜一??ｋ??圖２－４群速度隨相速度變化??Ｆｉｇ．?２－４?Ｇｒｏｕｐ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｗｉｔｈ?ｐｈａｓｅ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ??２．１．２多模態(tài)性和頻散特性??超聲導(dǎo)波的多模態(tài)性是指模態(tài)種類會(huì)隨著頻率的增加而增加，而每種模態(tài)的??波又以不同的速度傳播，更重要的是每種模態(tài)的波都會(huì)消耗超聲導(dǎo)波的能量，這??使得超聲導(dǎo)波的能量被進(jìn)一步分散。超聲導(dǎo)波的多模態(tài)在管道中分為三種類型，??分別是軸對(duì)稱的縱向模態(tài)、軸對(duì)稱的扭轉(zhuǎn)模態(tài)和非軸對(duì)稱的彎曲模態(tài)，一般用Ｌ、??Ｔ和Ｆ來(lái)表示這三種模態(tài)的超聲導(dǎo)波，習(xí)慣表示方法為Ｌ（０，ｍ）、Ｔ（０，ｍ）和Ｆ（ｎ，ｍ），??其中，０表示此種模態(tài)下的超聲導(dǎo)波是對(duì)稱形態(tài)，正整數(shù)ｍ表示超聲導(dǎo)波在管道??厚度方向上的振動(dòng)形態(tài)，正整數(shù)ｎ表示環(huán)向階數(shù)且非對(duì)稱形態(tài)，即反映此種模態(tài)?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]圓管超聲導(dǎo)波頻散與多模態(tài)特性[J]. 王鑫,張金,沈洋,魏影.  應(yīng)用聲學(xué). 2018(03)
[2]全球油氣管道分布及發(fā)展展望[J]. 馬鋼,白瑞.  焊管. 2018(03)
[3]管道結(jié)垢機(jī)理及影響因素分析[J]. 孫溢翔.  云南化工. 2017(12)
[4]分層固體板中導(dǎo)波的激發(fā)與頻散特性[J]. 張超,閻守國(guó),張碧星,師芳芳.  聲學(xué)學(xué)報(bào). 2017(01)
[5]彎曲導(dǎo)波模態(tài)分離與頻散補(bǔ)償研究[J]. 陳樂(lè),王悅民,耿海泉,葉偉,鄧文力.  中國(guó)測(cè)試. 2016(12)
[6]層狀管道結(jié)構(gòu)頻散曲線繪制及試驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 閻石,程楊,王偉,李贏,袁鑫子.  沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016(01)
[7]基于FPGA非正弦波形發(fā)生器的電路設(shè)計(jì)[J]. 楊盼盼,李華偉.  電子設(shè)計(jì)工程. 2015(24)
[8]空心圓管中導(dǎo)波頻散特性與檢測(cè)頻率選擇[J]. 馬書(shū)義,武湛君,劉科海,王奕首.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2014(20)
[9]高速采樣及恢復(fù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 韓建,何學(xué)蘭,魏運(yùn)鋒.  光學(xué)儀器. 2014(01)
[10]超聲空化氣泡動(dòng)力學(xué)仿真及其影響因素分析[J]. 崔方玲,紀(jì)威.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2013(17)

博士論文
[1]管道超聲軸對(duì)稱導(dǎo)波傳播特性的譜方法研究[D]. 于保華.浙江大學(xué) 2014
[2]超磁致伸縮功率超聲換能器理論分析與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 曾庚鑫.華南理工大學(xué) 2013
[3]用于鋁板檢測(cè)的電磁超聲導(dǎo)波換能器優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究[D]. 康磊.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011

碩士論文
[1]基于有限元的污垢管道超聲導(dǎo)波傳播特性研究[D]. 吳春迎.東北電力大學(xué) 2017
[2]基于FPGA的圖像傳感器設(shè)計(jì)與邊緣檢測(cè)[D]. 徐紫洋.華南理工大學(xué) 2017
[3]基于FPGA的數(shù)字綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[D]. 張定祥.電子科技大學(xué) 2016
[4]基于COMSOL的鋼軌超聲導(dǎo)波傳播模型與缺陷檢測(cè)方法研究[D]. 趙愷.西安理工大學(xué) 2016
[5]超聲波技術(shù)的除垢機(jī)理研究及在換熱器中的應(yīng)用[D]. 王志華.華東理工大學(xué) 2016
[6]基于FPGA的可定制片上系統(tǒng)研究平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 趙鴻宇.浙江大學(xué) 2016
[7]超聲導(dǎo)波任意波形激勵(lì)技術(shù)研究[D]. 鄭甜甜.北京交通大學(xué) 2016
[8]基于超聲導(dǎo)波的管道結(jié)垢探測(cè)及去除技術(shù)研究[D]. 馮丹龍.天津科技大學(xué) 2016
[9]空化射流清洗器在管道清洗中的數(shù)值仿真及實(shí)驗(yàn)研究[D]. 肖志勇.大連海事大學(xué) 2016
[10]油田管道超聲波防除垢技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究[D]. 李丹.長(zhǎng)江大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3289215