本文選題：換能器 + 壓電陶瓷��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》2014年碩士論文

【摘要】：隨著對技術采油的重視，如今超聲波技術已經涉及到采油工藝和油田開發(fā)中。超聲波作用于近井解堵的機理不同于常規(guī)采油技術，超聲波作用油層具有安全穩(wěn)定、設備易于搭建、工藝流程簡單、成本低、見效快、對油水井、油層無污染無結構破壞等優(yōu)點。石油開采領域里圓柱型超聲換能器占據設備的很大比重，主要原因是圓柱型換能器功率容量大、輻射能力強，不需考慮超聲波傳播的指向性，研制的主要目標就是根據超聲波能量公式提高聲波能量。如此多的優(yōu)點使之成為油田三次采油和生物柴油制備的主力設備，在大功率超聲清洗、聲波測井領域也有很明顯的作用。本文在換能器以及壓電陶瓷的理論基礎上，對換能器進行試驗測試，并根據結果提出優(yōu)化方向，用有限元軟件對模型進行構建和計算，最終達到結構優(yōu)化的目的。 (1)對超聲波油井增產機理進行分析，給出孔隙介質中顆粒堵塞模型。之后對超聲波換能器進行介紹，說明聲波增油的可行性。簡要介紹超聲波增油技術發(fā)展歷程和現(xiàn)狀及換能器設備的生產研發(fā)情況。 (2)分析換能器工作的核心特性，即壓電陶瓷振子的壓電效應和逆壓電效應。介紹壓電陶瓷材料的基本參數(shù)及設備組裝時采取不同的夾持條件和電學邊界條件對壓電方程的影響。換能器壓電陶瓷振動產生超聲波，振動的能量大小可以通過聲強和聲壓來衡量，簡單介紹了兩者的定義和不同之處。在對陶瓷振子進行振動分析之前引用貝塞爾函數(shù)，給出了求解陶瓷環(huán)諧振頻率的一種方法。 (3)對換能器進行整體的試驗分析。測量換能器的主要工具為信號采集分析儀以及所配套的Coinv DASP-V10分析軟件。信號采集分析儀連接著貼在換能器筒壁上的加速度傳感器，用該設備的信號采集功能收集振動信息。在非工作狀態(tài)下我們選擇用LC系列力錘敲擊產生激勵，而在工作頻率狀態(tài)下我們直接用儀器收集振動信息。我們通過這兩種狀態(tài)下的試驗得出靜態(tài)下?lián)Q能器的諧振頻率和最優(yōu)的工作頻率，然后我們將諧振頻率調整到最優(yōu)工作頻率附近作為優(yōu)化的目標。 (4)我們用Patran和Nastran軟件對換能器進行結構建模、網格劃分之后再進行模態(tài)分析和頻響分析。模擬部分的目的在于將模擬的頻響曲線同試驗得到的曲線進行對比，發(fā)現(xiàn)結果差異不大則可以說明有限元建模的方法是可取的。之后改變換能器的結構尺寸，得出各尺寸影響諧振頻率的曲線，給出最優(yōu)尺寸，完成優(yōu)化目的。
[Abstract]:With the attention to the technology of oil recovery, ultrasonic technology has been involved in oil production and oil field development. The mechanism of ultrasonic wave acting on near well plugging is different from that of conventional oil recovery technology. Ultrasonic wave acting on reservoir is safe and stable, equipment is easy to build, technological process is simple, cost is low, effect is fast, and it is effective for oil and water well. No pollution, no structural damage and other advantages. In the field of petroleum exploitation, cylindrical ultrasonic transducers occupy a large proportion of the equipment. The main reason is that the cylindrical transducers have large power capacity and strong radiation capacity, so they do not need to consider the directivity of ultrasonic propagation. The main goal of the development is to improve the acoustic energy according to the ultrasonic energy formula. With so many advantages, it has become the main equipment for tertiary oil recovery and biodiesel production in oilfields. It also plays an obvious role in the field of high-power ultrasonic cleaning and acoustic logging. On the basis of the theory of transducer and piezoelectric ceramics, this paper tests the transducer and puts forward the optimization direction according to the results. The model is constructed and calculated by finite element software. Finally, the aim of structure optimization is achieved. (1) the mechanism of increasing production of ultrasonic wells is analyzed, and the model of particle plugging in porous media is given. Then the ultrasonic transducer is introduced to illustrate the feasibility of acoustic wave oil increasing. This paper briefly introduces the development history and present situation of ultrasonic oil increasing technology and the production and development of transducer equipment. (2) the core characteristics of transducer are analyzed, that is, piezoelectric effect and inverse piezoelectric effect of piezoelectric ceramic vibrator. The basic parameters of piezoelectric ceramic materials and the effects of different clamping conditions and electrical boundary conditions on the piezoelectric equations are introduced. Ultrasonic wave is produced by piezoelectric ceramic vibration of transducer. The energy of vibration can be measured by sound intensity and sound pressure. The definition and difference between the two are briefly introduced. The Bessel function is used before the vibration analysis of the ceramic oscillator, and a method to solve the resonant frequency of the ceramic ring is given. (3) the whole experiment analysis of the transducer is carried out. The main tools for measuring transducer are signal acquisition analyzer and Coinv DASP-V10 analysis software. The signal acquisition analyzer is connected to the acceleration sensor attached to the wall of the transducer, and the vibration information is collected by the signal acquisition function of the device. In the non-working condition we choose to use LC series force hammer to produce the excitation while we collect vibration information directly with the instrument in the working frequency state. The resonant frequency and the optimal operating frequency of the transducer are obtained from the experiments in these two states. Then we adjust the resonant frequency to near the optimal operating frequency as the target of optimization. (4) We use Patran and Nastran software to model the structure of the transducer and then carry out modal analysis and frequency response analysis after meshing. The purpose of the simulation part is to compare the simulated frequency response curve with the curve obtained from the experiment. It is found that the finite element modeling method is desirable if there is no difference between the results. Then the structure dimension of the transducer is changed, and the curve of the influence of each dimension on the resonant frequency is obtained, and the optimal size is given to accomplish the optimization purpose.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TB552

【共引文獻】

相關會議論文 前10條

1 李輝;孫利平;雷龍;;板簧支架動態(tài)外載的計算和疲勞分析[A];第八屆河南省汽車工程科技學術研討會論文集(下)[C];2011年

2 黃民;郝靜如;張艷軍;曾新海;;排水管道內壁的多波束聲納檢測方法研究[A];第二十七屆中國控制會議論文集[C];2008年

3 楊亮亮;王保強;李永紅;;超聲對昆明小鼠學習記憶行為的影響[A];2011'中國西部聲學學術交流會論文集[C];2011年

4 李中強;;雙殼體Ⅶ型寬帶彎張換能器[A];中國聲學學會水聲學分會2011年全國水聲學學術會議論文集[C];2011年

5 時文達;藍宇;;一種組合激勵水聲換能器有限元設計[A];中國聲學學會水聲學分會2011年全國水聲學學術會議論文集[C];2011年

6 趙慧;王艷;陸玲蘭;;一款可組合使用的圓柱換能器陣[A];中國聲學學會水聲學分會2011年全國水聲學學術會議論文集[C];2011年

7 李小云;張小鳳;郝君宇;宋智廣;周方;;多自由度超聲電機的法蘭盤結構設計[A];第二屆西安-上海兩地聲學學術會議論文集[C];2011年

8 趙學慧;林書玉;付志強;賀洋洋;李力怡;李娜;;徑向極化壓電陶瓷圓管的耦合振動研究[A];第二屆西安-上海兩地聲學學術會議論文集[C];2011年

9 李世平;叢健生;王秀明;;多極子陣列聲波測井接收換能器性能分析[A];中國聲學學會第九屆青年學術會議論文集[C];2011年

10 付琳;王東;王秀明;;用ANSYS分析矩形壓電陶瓷振子的振動模式[A];中國聲學學會第九屆青年學術會議論文集[C];2011年

相關博士學位論文 前10條

1 張琛;光纖陀螺光路偏振特性及溫度性能研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

2 陳陽;水聲陣列信號處理理論及實驗研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

3 曹宇;利用遺傳算法對聲障板優(yōu)化設計的研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

4 魏浩征;高壓直流輸電系統(tǒng)可聽噪聲預測系統(tǒng)的研究[D];合肥工業(yè)大學;2010年

5 白會娟;導電材料結構電磁熱彈性多場行為的理論研究[D];蘭州大學;2010年

6 潘健怡;鋁合金型材擠壓的數(shù)值模擬及模具結構優(yōu)化研究[D];華南理工大學;2010年

7 劉海鋒;網格結構精細化有限元分析方法研究[D];浙江大學;2010年

8 李國能;燃燒誘發(fā)熱聲不穩(wěn)定特性及控制研究[D];浙江大學;2009年

9 曾芳;大型滑履磨機結構分析及焊接工藝研究[D];武漢理工大學;2010年

10 竇建洪;基于犬雙心室電力學復合模型的心力衰竭仿真研究[D];浙江大學;2010年

相關碩士學位論文 前10條

1 孔令志;納米陶瓷超聲振動磨削表面/亞表面損傷機理研究[D];河南理工大學;2010年

2 李義輝;超聲無磨料內圓拋光聲學系統(tǒng)及拋光工藝研究[D];河南理工大學;2010年

3 蔣建軍;二維超聲無磨料拋光工藝參數(shù)優(yōu)選試驗研究[D];河南理工大學;2010年

4 劉義付;二維超聲無磨料拋光聲學系統(tǒng)研究[D];河南理工大學;2010年

5 姜麗紅;功率超聲對流動A356熔體半固態(tài)組織的影響研究[D];南昌航空大學;2010年

6 張倩;異形航空構件的專用超聲換能器研制及檢測應用[D];南昌航空大學;2010年

7 張學武;基于磁控技術的TIG焊殘余應力的研究[D];南昌航空大學;2010年

8 胡婷萍;大厚度電子束焊縫的超聲檢測及缺陷散射信號的研究[D];南昌航空大學;2010年

9 劉帥;大型渠道混凝土振動密實成型數(shù)值模擬研究[D];山東科技大學;2010年

10 李連舉;軸流式通風機氣動噪聲分布特性的數(shù)值研究[D];山東科技大學;2010年

，

本文編號：2110815