疏浚工程在港口航道建設(shè)、湖泊清淤整治及長江航道維護(hù)等領(lǐng)域起著重大作用,疏浚船舶作為疏浚工程的核心裝備,是保障疏浚工程高效、經(jīng)濟(jì)、綠色實施的基礎(chǔ)。由泵和管路組成的吸揚(yáng)系統(tǒng)是疏浚船舶實現(xiàn)泥漿輸送的主要方式之一,為了實現(xiàn)泵-管高效匹配,必須準(zhǔn)確采集包括泵的轉(zhuǎn)速、管道流速與壓力、泥漿濃度等關(guān)鍵參數(shù),而濃度值測量是其中的核心和難點。目前疏浚船舶上多采用傳統(tǒng)儀表與γ射線濃度儀進(jìn)行測量,但是γ射線濃度儀存在對人體造成傷害及安全管理等方面問題,疏浚企業(yè)認(rèn)同度不高,希望有新的安全準(zhǔn)確的濃度測試手段。電容層析成像（Electrical Capacitance Tomography,簡稱ECT）作為一種非侵入檢測技術(shù),具有結(jié)構(gòu)簡單、無輻射還可以反應(yīng)管道內(nèi)介質(zhì)的分布等優(yōu)點,在石油化工管道輸送等領(lǐng)域得到了運(yùn)用。本文依托所在實驗室的疏浚管道試驗平臺,結(jié)合ECT技術(shù)開展了氣/液和固/液兩類流型仿真分析,主要研究如下:（1）運(yùn)用COMSOL對ECT電容傳感器進(jìn)行計算與分析。運(yùn)用COMSOL開展ECT電容傳感器建模與仿真計算,得到了反映ECT電容傳感器軟場特性的靈敏度分布圖。（2）ECT電容傳感器的參數(shù)優(yōu)選與分析。結(jié)合... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

ECT電容傳感器基本構(gòu)造圖

17器的有限元分析。第一步：選擇合適的物理場對模型進(jìn)行求解，對于ECT模型，空間維度選取二維，物理場接口選取AC\DC模塊中的靜電接口，可以看到對靜電接口的描述，研究內(nèi)容選取穩(wěn)態(tài)。第二步：根據(jù)物理模型參數(shù)完成對模型的構(gòu)建，主要參數(shù)有，極板個數(shù)，極板張角（建模的時候與極板寬度有關(guān)），管道內(nèi)徑，管壁厚度，管壁材料介電常數(shù)，屏蔽材料介電常數(shù)，屏蔽層到電極距離。管道內(nèi)部呈現(xiàn)空場狀態(tài)，內(nèi)部介質(zhì)為空氣。電極板與屏蔽層的材料均選取為銅。完成的模型如圖2-2所示。圖2-2二維ECT電容傳感器模型圖第三步：邊界條件條件的設(shè)置，按照2.2節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行邊界條件的設(shè)定，現(xiàn)選取12點鐘方向的電極板為激勵極板，激勵電壓設(shè)置為1V。其余各個極板和屏蔽層按照接地處理電壓設(shè)置為0V。第四步：網(wǎng)格劃分。COMSOL有限元分析軟件，自帶網(wǎng)格劃分功能，還可以選取網(wǎng)格的粗細(xì)程度，選區(qū)網(wǎng)格劃分的粗細(xì)程度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。第五步：求解。點擊計算對模型進(jìn)行求解，得到電勢分布云圖。此外COMSOL還提供了多種后處理方法可以進(jìn)一步求解相應(yīng)的參數(shù)還可以進(jìn)行二維、三維圖表的繪制。主要方法是選取相應(yīng)的數(shù)據(jù)集，在數(shù)據(jù)集中對需要處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理。開啟終端掃描功能，將終端參數(shù)“PortName”輸入到“Pi參數(shù)中”，在計算中開啟參數(shù)化掃描功能，選取相應(yīng)的參數(shù)名稱“PortName”，在參數(shù)范圍中填寫“1，1，8”（第一個1表示起始終端編號是1，第二個1表示每一步的迭代步長為1，第三個數(shù)字8表示循環(huán)到8停止）。該循環(huán)的作用是模擬電容層析成像的

23頂點元素的數(shù)量:160邊緣元素的數(shù)量:8168邊界元數(shù):312496元素數(shù)量:2148258最小元素質(zhì)量:0.168(d)極細(xì)網(wǎng)格劃分圖2-5三維網(wǎng)格劃分示意圖051015202530-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.6電電電電電編編網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)電電網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)電電網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)電電(a)電容值計算誤差051015202530-0.020.000.020.040.060.080.100.120.140.160.18歸歸歸電電電電電電電編編網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)電電網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)電電網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)電電（b）歸一化電容值計算誤差圖2-6三維網(wǎng)格誤差可以發(fā)現(xiàn)，在幾種不同的的網(wǎng)格劃形式中，電容傳感器所在位置的網(wǎng)格都是

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]疏浚管系作業(yè)全自動控制系統(tǒng)[J]. 黃宗銳,周振燕.  水運(yùn)工程. 2018(12)
[2]基于兩相流電容層析成像系統(tǒng)的正則化Landweber算法[J]. 田沛,秦京建,秦旭剛.  儀器儀表用戶. 2018(09)
[3]基于支持向量機(jī)的短期風(fēng)速預(yù)測研究綜述[J]. 楊茂,陳新鑫,張強(qiáng),李大勇,孫涌,賈云彭.  東北電力大學(xué)學(xué)報. 2017(04)
[4]多權(quán)值電容歸一化方法的研究[J]. 何世鈞,張婷,何海洋,程小龍,周媛媛.  計量學(xué)報. 2017(03)
[5]電學(xué)層析成像技術(shù)[J]. 王化祥.  自動化儀表. 2017(05)
[6]基于電場中心線的ECT靈敏度矩陣計算[J]. 薛倩,馬敏,王化祥.  中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(11)
[7]基于高速攝影傳感器的氣液兩相流型分層模糊識別[J]. 常佃康,薛婷,張旖婷.  傳感器與微系統(tǒng). 2016(11)
[8]湖泊環(huán)保疏浚工程中泥漿絮凝效率的優(yōu)化研究[J]. 李曉威,呂鵬,彭萬里.  人民黃河. 2016(09)
[9]基于ECT圖像重建算法的多相流檢測研究[J]. 趙玉磊,郭寶龍.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報. 2016(07)
[10]電極個數(shù)對厚管壁電容層析成像的影響[J]. 史俊杰,楊道業(yè),陳靜,金月嬌.  儀表技術(shù)與傳感器. 2016(02)

博士論文
[1]表面等離子體近場成像的有限元法模擬與分析[D]. 黃雨.清華大學(xué) 2016
[2]電學(xué)層析成像形狀重建方法研究[D]. 任尚杰.天津大學(xué) 2014
[3]基于有限差分法的鑄造熱應(yīng)力數(shù)值模擬[D]. 王躍平.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[4]電容層析成像圖像重建與氣力輸送兩相流可視化測量研究[D]. 王澤璞.華北電力大學(xué) 2013
[5]絞吸式挖泥船管道加氣輸送技術(shù)研究[D]. 熊庭.武漢理工大學(xué) 2011
[6]計算電磁學(xué)中的徑向基無網(wǎng)格法[D]. 賴生建.電子科技大學(xué) 2010
[7]挖泥船泥漿管道輸送系統(tǒng)效率優(yōu)化與控制研究[D]. 閉治躍.浙江大學(xué) 2008
[8]電容層析成像系統(tǒng)的研制及其在兩相流參數(shù)檢測中的應(yīng)用研究[D]. 王雷.浙江大學(xué) 2003
[9]基于有限元法的混合技術(shù)及其在復(fù)雜電大腔體電磁分析中的應(yīng)用[D]. 何小祥.南京航空航天大學(xué) 2003
[10]時域有限差分法在天線計算中的理論和應(yīng)用研究[D]. 尹家賢.中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2003

碩士論文
[1]基于DSP與FPGA的ECT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究與設(shè)計[D]. 李博文.哈爾濱理工大學(xué) 2017
[2]基于卡爾曼算法的ECT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究與設(shè)計[D]. 楊婷.哈爾濱理工大學(xué) 2017
[3]基于大尺度傳感器的電容層析成像系統(tǒng)硬件設(shè)計及實現(xiàn)[D]. 王祎.廣西大學(xué) 2015
[4]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電容層析成像系統(tǒng)流型識別研究[D]. 宋蕾.哈爾濱理工大學(xué) 2015
[5]絞吸式挖泥船疏浚動態(tài)特性數(shù)學(xué)模型建立與仿真系統(tǒng)設(shè)計[D]. 丁宏鍇.河海大學(xué) 2002



本文編號：3610363