相变材料在测井仪中的应用研究

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在全球能源危机日益严峻的背景下,提高我国石油资源开采率以及增加石油资源储备刻不容缓。测井仪是石油勘探领域的核心设备,其内部电子器件在极端环境下的热失效是制约测井仪发展的关键,相变材料由于其极强的储热能力和相变时恒温的特殊性质而被应用于测井仪中,与此同时相变材料应用于测井仪中作吸热剂时,常常面临着泄露问题。不同的相变材料对电子器件的控温能力也不同,如何选取合适的相变材料从而达到较好的控温效果,都是亟待解决的问题。基于此,本文展开了如下工作:选择合适的吸热体模块封装工艺,搭建高温振动台架,完成吸热体模块的高温加热实验和高温振动测试。对两种封装工艺对比后,选择出效果较好的封装工艺,分别以石蜡和伍德合金作吸热剂,对吸热体模块进行6小时200℃高温加热实验和高温振动实验。实验结果表明,该封装工艺具有较高的可靠性。通过仿真及实验手段探讨了石蜡和伍德合金在测井仪中的热管理应用。模拟结果表明,在环境温度200℃,工作时长6小时后,以伍德合金作吸热剂的测井仪组电路板温度平均值比石蜡组低了21.26℃。随后将第三章中的封装工艺应用到测井仪,以石蜡和伍德合金作吸热剂进行了高温加热实验,实验结果表明伍德合金组电路板温度平均值比石蜡组低了25℃,伍德合金的控温效果优于石蜡。误差分析结果表明,石蜡组仿真结果与实验结果相比平均误差为3.59%,伍德合金组仿真结果与实验结果相比平均误差为7.85%,说明有限元分析的精确度较高,结果较为可信。采用神经网络结合平均影响值法对测井仪中相变材料的选型进行研究。从测井仪内部空间有限的角度出发,将相变材料的比热容和相变潜热转换为了体积比热容以及体积相变潜热。在验证有限元分析的精确度后,通过有限元仿真得到数据集,训练后确定神经网络模型架构和参数,结合平均影响值法,得出影响测井仪吸热体模块控温能力的因素主次顺序为:体积比热容→导热系数→体积潜热→熔点,并对各影响因素进行物理层面的解释。最后通过不同相材料验证了结论的准确性并给出了相变材料选型时的建议。
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