单对电极的井下环空电磁流量测量系统的优化方法

随着石油资源的不断钻采,尤其是在窄安全密度窗口地区钻井时,由于对井下流量信息的缺失,导致溢流和井喷问题。采用井下微流量控制钻井技术可以有效解决窄安全密度窗口钻井中出现的溢流和井喷问题,而使用井下环空流量测量技术实时获取井下的环空流量信息是实现井下微流量控制钻井技术的最核心部分及保证。近年来快速发展的电磁流量计研究为井下环空流量测量提供了机遇,作者基于数字优化技术对井下环空流量测量系统进行了优化研究。首先,提出钻井过程中单对电极的井下环空流量电磁测量基础理论模型和优化原理,并基于Bevir的矢量权重函数理论实现环空流道电磁流量测量系统虚电流电势和虚电流密度求解。权函数值与磁感应强度和虚电流密度有关,当电极的尺寸和结构固定时,即虚电流密度为定值,通过优化励磁结构来使权函数值接近常数。其次,为了实现井下环空电磁流量系统的最优设计,作者基于多耦合场软件COMSOL仿真模型对建立的环空电磁流量测量系统的关键结构尺寸因素进行了仿真,通过对单对线圈励磁结构COMSOL仿真数据进行分析,结合矢量权重函数的评价指标进行综合权衡,得出最优励磁结构参数。再根据不同的边界条件实现环空流道电磁流量测量系统虚电流电势和虚电流密度求解,掌握了虚电流密度分布规律。经过建立理论模型、仿真优化、分析评价指标,最终得出单对电极的井下环空电磁测量系统的最优励磁结构参数,该参数有利于提高系统的测量精度。     

基于遗传算法的电磁流量计励磁频率优化

分析了励磁频率与测量干扰噪声及被测流体流速之间的关系，指出励磁频率的合理设置能够降低测量误差。为获得当前拾取流量点的最佳励磁频率，提出了结合个体选择新策略的遗传算法，在实流标定时，采用该算法完成电磁流量计在整个流量区间的励磁频率优化。仿真结果和实际检测数据表明，该方法有效地提高了仪表的测量精度。     

椭圆齿轮流量计误差校正

该文分析了流体的粘度对椭圆流量计测量精度的影响，并简述其误差校正方法，该方法对流量测试仪表精度校正具有普遍意义。     

双频智能电磁流量计的研究

简述电磁流量计的发展历史和目前国内外现状,针对国内目前测量泥浆、纸浆等液固两相导电性流体和低导电率流体流量存在泥浆干扰和流动噪声等实际问题,尝试采用双频矩形波励磁以提高电磁流量传感器的信噪比,并利用单片机硬软件技术实现其智能化功能。着重介绍此种新型电磁流量计的工作原理、特点、硬软件组成。     

小方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场和流场的耦合分析

借助有限元方法,对小方坯结晶器电磁搅拌过程进行了磁场和流场耦合数值分析,得出了不同频率下钢液内部磁感应强度和电磁体积力及搅拌速度的分布规律.结果表明,在结晶器电磁搅拌时,随着频率的增加,钢液内部磁感应强度降低,电磁体积力在钢液内部分布不均匀;在电流频率为3 Hz时,钢液搅拌速度最大.在现场对结晶器电磁搅拌器的磁场强度进行了冷态测试,实验值和模拟值基本相符.     

EBSM电子束扫描多极靴偏转线圈的多目标优化设计

针对电子束选区熔化增材制造的电子束偏转线圈偏转角度小、控制精度低等问题,设计了多极靴结构的扫描偏转线圈,选择极靴数量、磁芯类型作为试验变量进行正交仿真试验,并分析线圈内部磁感应强度的分布状态。以较高的中心磁感应强度、较低的磁场变化率作为线圈参数设计的优化目标。通过极差分析,确定两因素分别作用下每个指标的变化规律,并基于MOEA/D算法求解多目标优化问题。结果表明：极靴数量和磁芯类型均对线圈中心磁感应强度有显著影响,同时极靴数量对磁场均匀性具有积极影响;综合考量,十八极靴、无磁芯的线圈结构对于电子束大角度偏转和精确控制有显著优势。     

双流低频电磁连铸过程中磁场分布的数值模拟

采用数值模拟的方法研究了双流低频电磁连铸过程中磁场分布规律.建立了单、双流低频电磁连铸中包括铸锭、结晶器、线圈和屏蔽罩的二维轴对称有限元模型.利用ANSYS软件包进行划分网格及计算,模拟出了磁场在连铸结晶器区域的分布.研究了电流频率、电流强度、电流方向和线圈距离对金属熔体内磁感应强度的影响.计算结果表明：单流时,电流频率升高,磁感应强度降低;电流强度增大,磁感应强度升高.双流时,无论电流方向是同向还是反向,同一铸锭的远端磁场强度要大于其近端磁场强度,相邻线圈电流方向为反向时,铸锭内磁场强度高于相邻线圈电流方向为同向的情况;增大线圈之间的距离时,铸锭远端和近端的磁感应强度的差值降低.     

感应熔炼冷坩埚内磁场的分布规律

实验测定了冷坩埚内无负载时空间磁场的分布,考察了输入功率、位置对磁感应强度的影响,计算了无坩埚时空心圆柱线圈内空间磁场的分布,比较了在有无坩埚两种情况下磁场分布特点.结果表明,随着输入功率的逐渐增大,磁感应强度逐渐增大;磁感应强度沿径向分布规律为在坩埚中心位置最小,向坩埚内壁边缘逐渐增大,在坩埚内壁处达到最大;磁感应强度沿轴向分布为中心附近最大,向两端逐渐衰减;坩埚的加入并没有改变空心圆柱线圈内磁场的空间分布规律,还是中间大、两端小,但由于屏蔽作用,大小却有所变化,衰减到线圈内无坩埚时的50%左右,磁场分布趋于平缓.以上实验结果为有效的利用冷坩埚进行感应熔炼提供了实验依据.     

基于线圈阻抗动态测量的GMM自传感模型

为了提高超磁致伸缩微位移变形控制的精度与实时性,针对一般超磁致伸缩微位移控制中存在的迟滞非线性问题,提出将超磁致伸缩材料(GMM)的磁感应强度作为反馈量构成闭环控制系统的方法.通过谐振电路测量探测线圈动态阻抗的方式,使得探测线圈阻抗的变化反映GMM内部变化的磁导率,从而计算获得GMM的磁感应强度.实验结果表明,当交变电流或直流电流通入励磁线圈时,通过谐振电路测量探测线圈动态阻抗获得GMM的磁感应强度,其平方值与GMM微位移变形始终保持良好的线性关系.     

线圈参数及地形因素对航空瞬变电磁的影响

为了解决复杂地质条件下的浅层勘探问题,基于有限元法对航空瞬变电磁进行三维正演模拟,采用中心回线观测方式来研究磁场H_z的响应特征。首先验证了均匀半空间和层状地层响应精度,模拟表明,数值解与解析解在0.1 s前误差基本维持在5%以内,可以有效地进行正演模拟。然后讨论了发射线圈参数(高度、半径、电流、匝数)对磁场H_z分量的影响,结果表明,场值与发射线圈半径、电流、匝数成正比,不同发射线圈高度只是影响了早期响应,到晚期磁场H_z分量均趋向同一值;由于瞬变电磁对低阻异常反应更为灵敏,研究了埋有低阻异常体的起伏地形条件对H_z场值的影响,得出了有价值的结论。     

基于上下文感知的智能停车场系统的研究

上下文感知是在移动计算环境中实现人机自然交互的关键.车辆停放乱和车辆失窃是停车场的重点问题.针对该问题,提出了一种基于ZigBee和上下文感知的智能停车场管理系统,给出了智能停车管理系统的总体架构.该系统使用RFID对车和车主进行跟踪,并根据所感知信息进行上下文推理决策判断合法性,从而有效实现对停车场的智能化管理.     

炮口感应装定系统发送线圈仿真设计

利用有限元分析软件ANSYS,对发送线圈的磁场分布进行了重新分析和计算,并结合炮口感应系统的具体要求,提出了一种适合于引信炮口感应装定系统的磁场均匀度计算的新方法。研究了此方法在发送线圈磁场分布的分析中所带来的独特优点,设计出磁场均匀度更高的发送线圈,有效地提高了感应装定的可靠性,为感应装定系统的设计提供了理论依据。     

广义亥姆霍兹线圈中轴线上磁场的计算与分析

从毕奥—萨伐尔定律出发,结合亥姆霍兹线圈装置,首先研究了正三角形的广义亥姆霍兹线圈在其中轴线上的磁场分布情况。然后利用Mathematicas数值模拟了共轴正三角形线圈中心轴线上的磁场强度,得出了满足磁场均匀性的条件。     

有限元法在电磁搅拌装置中的应用和研究

本文论述了电磁搅拌装置中感应器的原理和结构,从电磁场理论出发,建立了感应器的数学模型,利用有限元法得到了磁场在空间的分布,并且实现了电磁力的大致估算,最后比较了理论计算数据和实验数据,结果证明用该方法分析电磁场的分布是可行的.     

微型磁通门传感器的激励仿真设计

微型磁通门传感器因具有功耗低、灵敏度高、分辨率高、结构简单和成本低等特点,被广泛应用于地球物理勘探、地磁导航、太空环境监测、医学诊疗等弱磁场测量领域。而对于该传感器,激励效果的好坏直接决定整套系统的性能,因而有必要为激励模块建立准确的仿真模型。基于法拉第电磁感应定律对双铁芯磁芯结构进行数学建模,并给出正弦波激励下电压、磁场量等物理量的波形。依据中国科学院地质与地球物理研究所研制的磁通门磁强计KDM-01的结构参数构建激励模块的仿真模型,得到的仿真结果与测试结果基本一致。并将该模型应用于设计的磁强计中,测试数据与标准磁强计非常近似。两者证明了所建立的数值模型的有效性和准确性。     

电磁制动结晶器内电磁参数对钢液流动行为影响数值模拟

采用数值模拟方法研究了电磁参数（上、下磁极间距和线圈电流强度）对结晶器内流场和钢/渣界面波动行为的影响。结果表明,全幅两段式电磁制动结晶器内上部磁极和下部磁极覆盖区域磁感应强度会相互影响,上部（下部）磁极线圈电流强度的增加,会导致对应的下部磁极（上部磁极）覆盖区域内磁感应强度增加;施加全幅两段式电磁制动可以显著抑制结晶器内钢液流速和稳定弯月面波动;当上、下磁极间距增大时,钢液射流对结晶器窄面的冲击强度增大,钢/渣界面处湍动能和钢液流速增大;随着上部磁极线圈电流强度增大,钢液射流对结晶器窄面的冲击强度基本不变,钢/渣界面处钢液流速和湍动能减小;随着下部磁极线圈电流强度增大,钢液射流对结晶器窄面的冲击强度略微减小,钢/渣界面处流速和湍动能减小。     

磁耦合谐振式电动汽车无线充电桩的电磁特性研究

针对电动汽车无线充电桩工作过程中的复杂电磁环境问题,研究了磁耦合谐振式无线充电桩逆变部分和耦合线圈的电磁特性. 给出了磁耦合谐振式线圈电场强度的理论推导,利用FEKO仿真软件对磁耦合线圈进行建模,并对其电场和磁场强度进行了分析,发现线圈的电场和磁场分布呈现一定对称性,且对称性在电场中更明显; 在发射线圈的圆心处,电场和磁场都达到峰值水平; 从发射线圈到接收线圈,电磁场呈先减小后增大的趋势.     

基于多物理场仿真和VIKOR决策的干式铁心电抗器多目标优化

损耗和金属导体用量是干式铁心电抗器优化设计过程中需要考虑的关键因素,为有效降低损耗和成本,该文提出基于多物理场仿真和VIKOR决策的干式铁心电抗器多目标优化方法。首先以干式铁心电抗器为研究对象,建立磁场-流场-温度场模型,将磁场计算获得的铁心和线圈损耗密度作为热源,经过流-热耦合计算得到电抗器温度分布;建立磁场-结构场模型,将基于磁场计算得到的电磁力作为应力项,计算得到铁心及线圈振动位移分布,通过有限元仿真与拉丁超立方试验设计相结合的方法,得到不同结构参数下铁心电抗器温升与振动位移结果。为进一步简化优化流程,采用灵敏度分析方法进行参数降维,针对关键参数建立设计参数与温升、振动之间的代理模型,并采用多目标遗传算法得到满足电抗器性能要求的Pareto前沿解集。考虑到电抗器金属导体用量与损耗之间相互冲突,引入VIKOR综合决策方法,在确定优化目标权重的基础上,计算Pareto解集的利益比率大小,以最小利益比率确定最优设计参数组合,最后通过仿真验证优化设计方法的正确性。优化后的铁心电抗器与优化前相比,在损耗增加4.4%的情况下,铁心和线圈金属导体用量分别减少了3.0%和16.6%,同时温升及振动在满足设计要求的基础上分别降低了7.4%和16.7%。所提方法可以有效提升电抗器性能,为电抗器优化设计提供指导。