Дипломная работа на тему "ТЮМГУ | Разработка виртуального теплового расходомера"

Работа на тему: Разработка виртуального теплового расходомера
Оценка: отлично.
Оригинальность работы на момент публикации 50+% на антиплагиат.ру.
Ниже прилагаю все данные для покупки.
https://studentu24.ru/list/suppliers/Anastasiya1---1326

Описание работы

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Кафедра прикладной и технической физики

РЕКОМЕНДОВАНО К ЗАЩИТЕ В ГЭК

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
бакалаврская работа
РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО РАСХОДОМЕРА

16.03.01 Техническая физика
Профиль «Техническая физика в нефтегазовых технологиях

Тюмень 2022 год

АННОТАЦИЯ
К выпускной квалификационной работе на тему "Разработка виртуального теплового расходомера".
Выполнил: студент группы 23ТФ182 Катышев Дмитрий Сергеевич. Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Вакулин
Александр Анатольевич.
Выпускная квалификационная работа содержит 30 страниц, 13 рисунков.
Ключевые слова: Разработка виртуальных приборов, расход двухфазных потоков, LabVIEW, уравнение массового расхода, тепловые расходомеры.
Объект исследования: приборы измерения потоков, основанные на использовании тепловых эффектов.
Предмет исследования: изучение, моделирование виртуального расходомера, анализ методик расчета расхода, оценка результатов работы расходомера.
Результаты работы: смоделирован виртуальный тепловой расходомер на графическом языке программирования LabVIEW, обозначены границы применимости созданного прибора.
Практическая значимость: на основе созданного прибора может быть сделан прототип с использованием реальных датчиков, который может найти применение в нефтяной и газовой промышленности.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ 7
1.1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ 7
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ПРИМЕНЁННОГО МЕТОДА 9
2.1 ИСХОДНЫЕ УРАВНЕНИЯ И ИХ РЕШЕНИЯ 11
ГЛАВА 3. ОБЗОР ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРИБОРА 14
3.1 ОПИСАНИЕ СРЕДЫ РАЗРАБОТКИ LABVIEW 14
3.2 КАНАЛЫ СИМУЛЯЦИИ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ 15
3.3 БЛОК СХЕМА ПРИБОРА И ЕЕ ОПИСАНИЕ 17
3.4 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ 21
3.5 РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ МОЩНОСТИ И РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ДИАПАЗОНЫ ИЗМЕРЕНИЙ 21
3.6 РАСЧЕТ ГАЗОВОГО И НЕФТЯНОГО ОДНОФАЗНЫХ ПОТОКОВ 23
ГЛАВА 4. ВЫВОДЫ 26
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 27
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 28

ВВЕДЕНИЕ
В нефте- и газодобывающей промышленностях, как ни в какой другой отрасли, без измерения расходных (или количественных) параметров технологических процессов невозможно управление практически ни одним процессом, будь то бурение или цементирование скважины, добыча или транспортировка нефти, нагнетание воды в системах поддержания пластового давления и так далее. Измерение расхода добываемых флюидов из нефтяного пласта служит не только основой для решения задач оптимизации процесса извлечения нефти или газа, но и информационным средство для создания систем контроля за разработкой месторождения.
Еще одной особенностью нефтедобывающей отрасли является то, что на разных технологических пределах необходимо обеспечение расходных параметров различных физических сред – от многофазных смесей (нефть-газ- вода) до неньютоновских жидкостей (глинистый и цементный растворы) [4].
Современные требования к расходомерам и счетчикам следующие:
1. Высокая точность измерения.
2. Высокая надежность.
3. Быстродействие прибора или его высокие динамические характеристики.
4. Обеспеченность метрологической базой.
5. Большой диапазон расходов, подлежащих измерению.
Тепловой расходомер — расходомер, в котором для измерения скорости потока жидкости или газа используется эффект переноса тепла от нагретого тела подвижной средой.
Тепловые расходомеры построены на основе измерения
«принудительных» конвективных потерь теплоты телом (термометром) при его обтекании набегающим потоком (термоанемометры) и на переносе теплоты (калориметрические расходомеры) между двумя телами. В обоих случаях измерение потерь количества тепловой энергии сопоставимо в определенных условиях с измерением истечения непосредственно массы потока с достаточно
высокой точностью. Такими условиями, прежде всего, являются конструктивные особенности датчиков, обеспечивающие пренебрежимо малые потери тепла, вызываемые другими видами переноса тепловой энергии, не участвующими в принудительном конвективном охлаждении термометров. Это - потери теплоты, вызванные естественной конвекцией при отсутствии движения потока, потери тепла из-за теплопроводности проводников, подключающих термометры к измерительному мостику, а также тепловое излучение, испускаемое нагретым телом. Другим условием обеспечения точности преобразования массового расхода в электрический сигнал является соответствие постоянной времени термометров динамике потока [2].
Тепловые расходомеры в качестве чувствительного элемента используют в большинстве случаев платиновые термометры сопротивления, а также термопары, термисторы, а в микрорасходомерах широкого применения (калориметрических приборах) используются микропроцессорные датчики, использующие КМОП-технологию (комплементарная структура металл-оксид- полупроводник) изготовления больших интегральных микросхем.
Существуют два способа реализации измерения потерь теплоты чувствительным элементом тепловых расходомеров при его обтекании потоком жидкости или газа. Один способ связан с поддержанием постоянного перепада температур между двумя термометрами. Второй способ связан с поддержанием постоянной мощности на нагреваемом термометре (тока постоянного значения) и измерении разности температур между температурой потока и температурой датчика скорости. Поскольку температура потока измеряется независимо, то у датчика, нагреваемого током постоянного значения, изменяется только сопротивление, которое и требует измерения [11].
Принцип действия калориметрического термоанемометра основан на измерении степени нагрева среды, проходящей через нагреватель. В бесконтактных калориметрических термоанемометрах сложно обеспечить нагрев потока по всему сечению, поэтому о скорости потока судят по деформации температурного поля, вызываемой конвективным переносом
теплоты. В связи с этим в преобразователях таких расходомеров необходимо иметь не менее двух термочувствительных элементов и располагать их симметрично относительно середины нагревателя.
Принцип действия термоанемометра рассеивания заключается в измерении теплового баланса нагретого тела, обтекаемого потоком, что обусловливает необходимость измерения температуры нагревателя в преобразователях тепловых расходомеров этого типа.
При измерении расхода с помощью тепловых расходомеров необходимо знать функцию преобразователя теплового преобразователя расхода – взаимосвязь между измеряемой скоростью потока или расходом и температурным полем нагревателя. Эту взаимосвязь можно определить путем рассмотрения математической модели теплового преобразователя расхода, выбор которой зависит не только от характера самого объекта, но и от поставленной задачи [5].
Целью дипломной работы является создание виртуального расходомера для измерения массовых расходов однофазных и двухфазных потоков, в котором будет производиться симуляция измерения температуры и разности температур заданными имитированными приборами и предварительный расчёт концентрации воды в потоке.
В рамках работы были выделены следующий задачи:
• Проверка известной формулы массовой концентрации вещества при различных параметрах.
• Создание интерфейса виртуального расходомера и его программирование в среде графического программирования LabVIEW, с использованием симуляции измерения температуры и ее разности.
• Оценка границ применимости созданного прибора.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Вакулин А.А., Шабаров А.Б. Диагностика теплофизических параметров в нефтегазовых технологиях. Новосибирск: Наука, 1998. 249 с.
2. Бобровников Г.Н., Новожилов Б.М., Сарафанов В.Г. Бесконтактные расходомеры. М.: Машиностроение, 1985. 128 с.
3. Вакулин А.А. Методы и средства измерений теплофизических величин. Тюмень: Русская неделя, 2015. 152 с.
4. Абрамов Г.С., Барычев А.В. Практическая расходометрия в нефтяной промышленности. М.: ОАО “ВНИИОЭНГ”, 2002. 460 с.
5. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ. СПб.: ОАО Издательство “Политехника”, 2004. 412 с.
6. Паневкин Н.А., Малахов А.В. Имитационная модель измерения расхода жидкости оптическим расходомером // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 10. С. 226-230.
7. Основы работы в NI LabView: учебный курс // НИУ ВШЭ: [сайт].
8. National Instruments Измерения в LabVIEW, руководство по применению: [сайт].
9. Методы и средства измерения количества нефти и газа / М.Г. Фазлыйяхматов, Л.С. Сабитов, Д.К. Лазарев [и др. ]. Казань: Издательство казанского университета, 2021. 256 с.
10. Кавчук С.В., Ткаченко Г.И. Методы и средства измерений и контроля. Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2015. 72 с.
11. Тепловые расходомеры: [сайт]. АППЭК-Сервис.
12. Temperatures.ru: Информационный портал [сайт].
13. Вакулин А.А. Научно-испытательный стенд многофазных потоков / А.А. Вакулин, Е.В. Голубев, В.В. Котлов [и др.] // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2014. № 12. С. 13-16.
14. Автоматизация научно-испытательного стенда многофазных потоков / Вакулин А.А., Голубев Е.В., Котлов В.В. [и др. ]. Наука и бизнес: пути развития. 2014. № 12(42). С. 87-92.