渦街流量計是基于流體振動原理實現(xiàn)測量的儀器儀表,由于其結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、適用范圍廣等諸多優(yōu)點,在石油、化工、電力等行業(yè)領(lǐng)域均扮演著重要的角色。但渦街流量計還存在一些問題,特別是在低流速、小流量的情況下,渦街流量計受到多種干擾噪聲的影響,其渦街信號的信噪比很低,難以實現(xiàn)精確測量,導(dǎo)致渦街流量計在實際應(yīng)用中測量下限比較高,模擬渦街的量程比只有1:10,與1:100的理論量程比要相差很多。目前國內(nèi)外的相關(guān)研究主要著眼于大口徑標(biāo)準(zhǔn)圓形管路的渦街流量計,對小口徑管路和異形管路鮮有涉及。本課題對基于渦街流量計對超臨界二氧化碳的質(zhì)量流量測量進(jìn)行研究,以異型管路截面為基礎(chǔ),依據(jù)項目合同求設(shè)計出符合量程要求縮小口徑的異型管路截面渦街流量計,并進(jìn)行了實流實驗驗證。本文完成的主要工作有:1、根據(jù)限定的流量范圍要求對該異形截面管路流量計進(jìn)行流量下限的計算,并根據(jù)已有管路尺寸,進(jìn)行仿真驗證。然后根據(jù)仿真數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)對比研究,對管路尺寸進(jìn)一步優(yōu)化。2、針對超臨界二氧化碳質(zhì)量流量測量,本課題采用了Peng-Robinson公式對超臨界二氧化碳的流量測量進(jìn)行密度補(bǔ)償,克服了傳統(tǒng)密度補(bǔ)償方法不能適應(yīng)工況大范圍變化或不能滿足精度要求的缺陷,提高了測量的精度,使渦街流量計適用于超臨界二氧化碳質(zhì)量流量的測量,拓寬了渦街流量計的適用范圍。3、完成硬件設(shè)計和軟件設(shè)計,實現(xiàn)超臨界二氧化碳的質(zhì)量流量測量,同時可以達(dá)到較低的量程下限,拓寬量程比,符合項目要求。4、本文研制的超臨界二氧化碳渦街流量計,能夠適應(yīng)油田井下高溫、高壓環(huán)境,可靠性和穩(wěn)定性較高,整體系統(tǒng)功耗較低、處理時間短,目前已經(jīng)在天津大學(xué)流量實驗裝置完成水流量試驗、在東營進(jìn)行地面試驗和模擬井下實驗,后續(xù)可以進(jìn)行油田井下現(xiàn)場實驗。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH814
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 課題研究背景
        1.1.2 課題研究意義
        1.1.3 渦街流量計簡介及工作原理
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 對超臨界二氧化碳測量技術(shù)的研究
        1.2.2 對渦街傳感器的研究
        1.2.3 對渦街發(fā)生體的研究
        1.2.4 對渦街信號處理系統(tǒng)的研究
    1.3 論文研究內(nèi)容和創(chuàng)新點
        1.3.1 研究目的和內(nèi)容
        1.3.2 課題研究的創(chuàng)新點
    1.4 章節(jié)安排
第2章 CFD數(shù)值仿真及分析
    2.1 CFD簡介
    2.2 超臨界CO2渦街流量計理論量程換算
    2.3 仿真模型建立及參數(shù)設(shè)置
        2.3.1 項目渦街流量計的實物
        2.3.2 對真實管路仿真參數(shù)設(shè)置
        2.3.3 無發(fā)生體時管路流場仿真結(jié)果及分析
        2.3.4 有發(fā)生體時管路仿真參數(shù)和仿真結(jié)果及分析
        2.3.5 仿真結(jié)果分析
    2.4 本章小結(jié)
第3章 井下異形管超臨界CO2渦街流量計測量系統(tǒng)設(shè)計
    3.1 硬件電路設(shè)計概述
        3.1.1 電源電路模塊
            3.1.1.1 WEBENCHDesigner簡介
            3.1.1.2 電源電路設(shè)計
        3.1.2 溫度采集模塊
        3.1.3 壓力采集模塊
        3.1.4 渦街信號采集處理模塊
            3.1.4.1 電荷放大器
            3.1.4.2 電壓放大器
            3.1.4.3 低通濾波限幅電路
        3.1.5 主控芯片及外圍電路
        3.1.6 串口通訊模塊
        3.1.7 電源監(jiān)測及掉電保存模塊
        3.1.8 硬件電路PCB設(shè)計
    3.2 軟件設(shè)計概述
        3.2.1 主程序設(shè)計
        3.2.2 程序設(shè)計思路
        3.2.3 主程序流程圖
        3.2.4 軟件主要模塊
            3.2.4.1 初始化模塊
            3.2.4.2 頻率計算模塊
            3.2.4.3 密度補(bǔ)償與流量計算模塊
    3.3 軟硬件實現(xiàn)可靠性
    3.4 本章小結(jié)
第4章 不同材質(zhì)壓電探頭實流實驗
    4.1 不同材質(zhì)壓電傳感器設(shè)計
    4.2 水流量裝置平臺與流量計實物圖
        4.2.1 標(biāo)準(zhǔn)水流量裝置
        4.2.2 流量計管路實物
    4.3 不同材質(zhì)探頭水流量實驗數(shù)據(jù)及分析
        4.3.1 不銹鋼探頭測量數(shù)據(jù)
        4.3.2 鎂鋁合金探頭實驗數(shù)據(jù)
        4.3.3 實驗結(jié)果分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 裝置聯(lián)合調(diào)試
    5.1 硬件調(diào)試
    5.2 軟件調(diào)試
        5.2.1 通訊功能測試
            5.2.1.1 Modbus-485通信協(xié)議及格式內(nèi)容
            5.2.1.2 串口模擬通信
            5.2.1.3 聯(lián)合裝置通訊測試
        5.2.2 可靠性測試
    5.3 模擬井水實流實驗和油田井下實驗
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
發(fā)表論文和參加科研情況說明
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2877780