Ультразвуковая диагностика восходящих газожидкостных потоков с использованием распределенного электромеханического преобразователя

• Автор: Владимиров, Илья Александрович
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 112 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

ГЛАВА 1 Двухфазные потоки в технике: обзор гидродинамики и методов измерения

1.1 Классификация

1.2 Количественное описание

1.3 Режимы течения

1.4 Методы измерения расходных характеристик

Основные результаты главы

ГЛАВА 2 Описание измерительной системы, экспериментальных установок и методов измерения

2.1 Принцип работы датчика с фазированной антенной решеткой

2.2 Блок-схема измерительной системы

2.3 Экспериментальная установка для изучения «пузырькового» потока
2.4 Экспериментальная установка для изучения рассеяния волн Лэмба в пластине, покрытой стекающей пленкой жидкости
2.5 Проливной стенд ООО «АЗМИП»
2.6 Когерентно-импульсный метод измерения скорости потока
2.7 Исследование акустического поля, создаваемого накладной ФАР в круглой
трубе с однородной жидкостью
Основные результаты главы
ГЛАВА 3 Теоретическое и экспериментальное исследование процессов рассеяния ультразвука в «пузырьковом» потоке и стекающей пленке
жидкости
3.1 Исследование процессов рассеяния ультразвуковых импульсов в потоке пузырьков
3.1.1 Задача определения интенсивности рассеянного сигнала, принимаемого

3.1.2 Экспериментальные исследования процессов рассеяния ультразвуковых импульсов в потоке пузырьков, сравнение эксперимента с теорией

3.1.3 Определение размеров мелких газовых пузырьков в разреженном
потоке с помощью частотной полосовой фильтрации
3.2 Исследование процессов рассеяния ультразвуковых волн Лэмба в пластине, покрытой стекающей пленкой жидкости
3.2.1 Объяснение механизма рассеяния ультразвуковых волн Лэмба, распространяющихся в пластине, покрытой деформированной пленкой жидкости
3.2.2 Экспериментальные исследования рассеяния ультразвуковых волн Лэмба в пластинке, покрытой стекающей пленкой жидкости. Сравнение эксперимента с теорией
Основные результаты главы
ГЛАВА 4 Определение расходов газа и жидкости в двухфазном потоке
4.1 Общий подход к определению расходов фаз потока
4.2 Определение расходов при «пузырьковом» режиме течения
4.2.1 Анализ информативных характеристик рассеянных и прошедших сигналов для «пузырькового» потока
4.2.2 Решение обратной задачи - определение расходов фаз потока по характеристикам сигналов
4.3 Определение расходов при «снарядном» режиме течения
4.3.1 Особенности гидродинамики «снарядного» режима течения и временная изменчивость рассеянных сигналов
4.3.2 Анализ информативных характеристик рассеянных сигналов для «снарядного» потока
4.3.3 Решение обратной задачи - определение расходов фаз потока по характеристикам сигналов
Основные результаты главы
Заключение
Список использованной литературы

Введение
Актуальность исследования
Двухфазные потоки в виде смеси жидкости и газа встречаются в разных областях техники: в добыче нефти и газа, в химической и пищевой промышленности, в энергетике, в коммунальном хозяйстве. Для учета добытого углеводородного сырья, управления технологическими установками, контроля стоков, необходимо измерение расхода жидкой и газовой фаз по отдельности. В нефтяной промышленности проблема измерения расходов таких потоков возникла еще в начале 1980-х годов. Необходимо, чтобы приборы, измеряющие расход многофазного потока (расходомеры) удовлетворяли следующим требованиям: обладали приемлемой точностью и надежностью, не создавали возмущений в потоке, не зависели от режима потока и были пригодными для применения во всем возможном диапазоне изменения расходов компонентов потока. Несмотря на большое количество технических решений [1-4,8-10], предложенных в последние годы, ни один из двухфазных расходомеров, появившихся на рынке, всем указанным требованиям все же не отвечает [2]. В настоящее время для определения расходов потока в основном используется предварительная дегазация потока [2,3]. Такие установки дороги и сложны в эксплуатации. Поэтому создание надежных, точных и не слишком дорогих многофункциональных приборов для измерения расхода компонентов потока без их предварительного разделения является актуальной задачей. Отметим, что наиболее перспективными методами диагностики двухфазных потоков, являются активные акустические методы. В представленной работе для изучения и определения параметров двухфазных потоков используется ультразвуковая система, основанная на методе измерения скорости неоднородностей с помощью эффекта Доплера. Принцип работы системы приводиться в [5,6]. В работе [5] описан способ ввода ультразвукового пучка в поток, основанный на использовании эффекта трансформации изгибной волны в стенке трубы (волны Лэмба) в продольную звуковую волну в жидкости. Там же предложено использовать для формирования волны Лэмба накладную

2.4 Экспериментальная установка для изучения рассеяния волн Лэмба в пластине, покрытой стекающей пленкой жидкости
Экспериментальная установка для проведения опытов со стекающей пленкой жидкости создана на основе установки, использованной и для изучения пузырькового потока. Однако она дополнена некоторыми модификациями. На рисунке 2.8 представлена блок-схема модифицированной установки.
Для того, чтобы обеспечить приближение экспериментальных условий изучения процессов рассеяния в пленке к реально существующим процессам в газожидкостных потоках, для создания стекающей пленки жидкости, использовался эффект образования пленки, реализуемый при «снарядном» режиме течения.
Рис. 2.8 Блок схема модифицированной установки
Во время прохождения газовых полостей вниз по стенке стекает пленка жидкости [12,13]. Для создания протяженного вдоль трубы газового пузыря необходимо за короткий промежуток времени впрыснуть в трубу достаточно большой объем газа. Для этого использовалась система накопления воздуха -ресивер, который с помощью компрессора заполнялся воздухом до высокого давления. Управление впрыском осуществлялось с помощью нормально закрытого электромагнитного клапана, который открывался подачей