摘(zhai)要：采(cai)用Fluent軟(ruan)件對(dui)圓形(xing)截面(mian)漸變(bian)爲矩(ju)形截(jie)面的(de)異徑(jing)管道(dao)流場(chang)進行(hang)蘭維(wei)建模(mo)和數(shu)值仿(pang)真，分(fen)析了(le)橫截(jie)面收(shou)縮異(yi)徑管(guan)的速(su)度分(fen)布和(he)流線(xian)，建立(li)了矩(ju)形截(jie)面部(bu)分的(de)長度(du)、寬度(du)、高度(du)與進(jin)出口(kou)壓力(li)損失(shi)和中(zhong)心截(jie)面⁉️平(ping)均速(su)度之(zhi)間的(de)關系(xi).研究(jiu)表明(ming)，中間(jian)矩🔆形(xing)截面(mian)部分(fen)的寬(kuan)度和(he)高度(du)對進(jin)出口(kou)壓損(sun)和中(zhong)心⛷️截(jie)面平(ping)均速(su)度影(ying)響較(jiao)大，同(tong)時橫(heng)截面(mian)積收(shou)縮比(bi)例太(tai)大會(hui)導緻(zhi)流場(chang)㊙️紊亂(luan)和回(hui)流現(xian)象🍓，從(cong)而爲(wei)合理(li)設♈計(ji)局部(bu)橫截(jie)面積(ji)收縮(suo)的電(dian)磁流(liu)量測(ce)量😘管(guan)道提(ti)供了(le)理論(lun)依據(ju).
　　目前(qian)國内(nei)生産(chan)的電(dian)磁流(liu)量計(ji) 測量(liang)管道(dao)多爲(wei)均勻(yun)圓管(guan)，應用(yong)領域(yu)越來(lai)越廣(guang).然而(er)電磁(ci)流😘量(liang)計在(zai)原理(li)上要(yao)求管(guan)道流(liu)速爲(wei)中心(xin)軸對(dui)稱分(fen)🤟布，這(zhe)♈樣，具(ju)有均(jun)勻磁(ci)場和(he)點電(dian)極的(de)電磁(ci)流量(liang)🏒計的(de)輸出(chu)信号(hao)與流(liu)速成(cheng)正;同(tong)時電(dian)磁流(liu)量計(ji)在低(di)流速(su)的小(xiao)流量(liang)測量(liang)時，可(ke)靠性(xing)💜和精(jing)度都(dou)不太(tai)理想(xiang).所以(yi)，如何(he)在低(di)流速(su)小流(liu)♍量下(xia)實現(xian)流量(liang)的精(jing)确測(ce)量和(he)低功(gong)耗設(she)計成(cheng)爲人(ren)們關(guan)注的(de)熱點(dian)[1-2J爲了(le)适應(ying)低功(gong)耗設(she)計要(yao)求🆚，目(mu)前在(zai)♻️電磁(ci)流量(liang)⛷️計的(de)勵磁(ci)方式(shi)、管✨道(dao)結構(gou)、硬件(jian)電路(lu)和電(dian)極形(xing)狀等(deng)方面(mian)進行(hang)了不(bu)斷改(gai)進并(bing)取得(de)了不(bu)同程(cheng)度的(de)進展(zhan).
　　對于(yu)異徑(jing)管道(dao)，目前(qian)國内(nei)的相(xiang)關文(wen)獻較(jiao)少.主(zhu)要是(shi)通過(guo)在㊙️原(yuan)🈲來圓(yuan)形橫(heng)截面(mian)管道(dao)的基(ji)礎上(shang)增加(jia)縮徑(jing)圓管(guan)，再采(cai)用小(xiao)口徑(jing)傳統(tong)電磁(ci)流量(liang)計對(dui)增速(su)的流(liu)量進(jin)行測(ce)量[町(ding)，以提(ti)高測(ce)量精(jing)度.Heijnsdijk[7J等(deng)把縮(suo)徑作(zuo)爲電(dian)💋磁流(liu)量計(ji)管道(dao)結構(gou)的一(yi)部分(fen)，并設(she)計了(le)不同(tong)形狀(zhuang)的中(zhong)間管(guan)道截(jie)面.Korsunskii[町(ding)等證(zheng)明對(dui)于矩(ju)形截(jie)面管(guan)道，電(dian)🛀極上(shang)的感(gan)應信(xin)号不(bu)依賴(lai)于流(liu)速分(fen)布.Lim[9J對(dui)傳統(tong)🌐的電(dian)磁流(liu)量計(ji)🔴進行(hang)改進(jin)，設計(ji)了長(zhang)方體(ti)管道(dao)結構(gou)和磁(ci)場結(jie)構，分(fen)析了(le)矩形(xing)電極(ji)的權(quan)重函(han)數分(fen)布.
　　橫(heng)截面(mian)積局(ju)部收(shou)縮爲(wei)矩形(xing)的電(dian)磁流(liu)量測(ce)量管(guan)道内(nei)☔的速(su)🚶度🎯分(fen)布、壓(ya)力損(sun)失和(he)流動(dong)特性(xing)進行(hang)Fluent仿真(zhen)，欲爲(wei)合理(li)的電(dian)磁⭐流(liu)量計(ji)管道(dao)結構(gou)設計(ji)提供(gong)一定(ding)依據(ju).
1電磁(ci)流量(liang)計原(yuan)理
　　電(dian)磁流(liu)量計(ji)是一(yi)種根(gen)據法(fa)拉第(di)電磁(ci)感應(ying)定律(lü)來測(ce)量導(dao)電液(ye)體體(ti)積流(liu)量的(de)儀表(biao).其勵(li)磁線(xian)圈将(jiang)磁♈場(chang)施加(jia)給被(bei)測流(liu)體，從(cong)而通(tong)過檢(jian)測磁(ci)場中(zhong)運動(dong)流🐆體(ti)的感(gan)應電(dian)動勢(shi)并進(jin)行相(xiang)應的(de)信号(hao)處理(li)來實(shi)現流(liu)量的(de)準确(que)測量(liang)。
對于(yu)圓形(xing)管道(dao)電磁(ci)流量(liang)計，輸(shu)出信(xin)号電(dian)壓爲(wei):
E=B×`n×D(1)
式中(zhong):E爲感(gan)應電(dian)動勢(shi)，B爲磁(ci)感應(ying)強度(du)，`n爲運(yun)動平(ping)均速(su)度，D爲(wei)兩電(dian)極之(zhi)間的(de)距離(li)(對于(yu)圓形(xing)管道(dao)，D爲測(ce)量管(guan)内徑(jing)).
假設(she)管道(dao)的橫(heng)截面(mian)積爲(wei)A，流量(liang)爲q，則(ze)(1)式爲(wei):

在建(jian)立電(dian)磁流(liu)量計(ji)這個(ge)基本(ben)方程(cheng)的過(guo)程中(zhong)作了(le)如下(xia)假設(she)🔞；
1)流體(ti)磁導(dao)率μ均(jun)勻，且(qie)等于(yu)真空(kong)中磁(ci)導率(lü)，即流(liu)體是(shi)非磁(ci)性☀️的(de);
2)流體(ti)的電(dian)導率(lü)均勻(yun)，并滿(man)足Ohm定(ding)律;
3)流(liu)體中(zhong)位移(yi)電流(liu)可忽(hu)略;
4)磁(ci)場在(zai)無限(xian)大範(fan)圍内(nei)，磁感(gan)應強(qiang)度B是(shi)均勻(yun)分布(bu);
5)充分(fen)發展(zhan)流，對(dui)圓管(guan)而言(yan)呈軸(zhou)對稱(cheng)分布(bu).
　　式(1)表(biao)明感(gan)應電(dian)動勢(shi)正比(bi)于平(ping)均流(liu)速.但(dan)當流(liu)體的(de)流速(su)很🈚低(di)時，産(chan)生的(de)感應(ying)電動(dong)勢很(hen)小，難(nan)以同(tong)噪聲(sheng)🈲進行(hang)區分(fen)，緻使(shi)測量(liang)誤差(cha)增大(da).因此(ci)，限制(zhi)了電(dian)磁流(liu)量計(ji)的測(ce)量下(xia)限，對(dui)儀表(biao)的靈(ling)敏度(du)、穩定(ding)性和(he)可靠(kao)性産(chan)生影(ying)響.異(yi)徑管(guan)設計(ji)要求(qiu)在不(bu)改變(bian)原流(liu)場特(te)性的(de)條件(jian)下，适(shi)當縮(suo)徑以(yi)增加(jia)流速(su)來提(ti)高測(ce)量靈(ling)⛱️敏度(du).而矩(ju)形截(jie)面管(guan)道相(xiang)對于(yu)圓形(xing)截面(mian)管道(dao)，電極(ji)上的(de)感應(ying)信号(hao)不依(yi)賴于(yu)管道(dao)橫截(jie)面的(de)流速(su)分布(bu)[12J?Bevir[13J證明(ming)在磁(ci)場均(jun)勻和(he)電極(ji)形狀(zhuang)爲矩(ju)形的(de)條件(jian)下，這(zhe)種依(yi)賴性(xing)❗很小(xiao)，可忽(hu)略💯不(bu)計.
電(dian)磁流(liu)量計(ji)的勵(li)磁電(dian)路，線(xian)圈臣(chen)數N，勵(li)磁電(dian)流I，磁(ci)通㊙️勢(shi)F爲:

　　由(you)(7)式可(ke)知，磁(ci)感應(ying)強度(du)B與勵(li)磁電(dian)流成(cheng)正比(bi)，與磁(ci)路🈲的(de)平均(jun)長度(du)🌈L成反(fan)比.對(dui)于相(xiang)同勵(li)磁電(dian)路、相(xiang)同兩(liang)電極(ji)之間(jian)距離(li)D和相(xiang)等管(guan)道橫(heng)截面(mian)積的(de)圓管(guan)和矩(ju)形管(guan)，矩形(xing)管的(de)高度(du)h小于(yu)☂️圓管(guan)直徑(jing)D.假設(she)磁路(lu)與管(guan)道😄之(zhi)間的(de)距離(li)爲hw，管(guan)道橫(heng)截面(mian)積爲(wei)圓形(xing)和矩(ju)形的(de)磁路(lu)平均(jun)長度(du)✉️L分别(bie)爲h+2hw和(he)D+2hw·因此(ci)，勵磁(ci)電流(liu)相同(tong)時矩(ju)形⭐管(guan)道磁(ci)感應(ying)強度(du)大于(yu)圓形(xing)管道(dao)的磁(ci)感應(ying)強度(du).若需(xu)要得(de)到💃🏻相(xiang)同磁(ci)感應(ying)強度(du)B，矩形(xing)截面(mian)管道(dao)所需(xu)勵💘磁(ci)電流(liu)較小(xiao)，可提(ti)高電(dian)磁流(liu)量計(ji)的低(di)功耗(hao)特性(xing).
2模型(xing)仿真(zhen)
2.1模型(xing)的建(jian)立與(yu)網格(ge)的劃(hua)分

2.2Fluent内部(bu)參數(shu)設置(zhi)
　　對Fluent中(zhong)的各(ge)參數(shu)設置(zhi)如下(xia):模型(xing)求解(jie)方法(fa)選擇(ze)默認(ren)設置(zhi)的非(fei)🛀搞合(he)求解(jie)方法(fa);定義(yi)流體(ti)的物(wu)理性(xing)質爲(wei)水;選(xuan)用k-f.揣(chuai)流模(mo)型[15J初(chu)🥰始流(liu)速0.1m/s和(he)5m/s，水力(li)直徑(jing)50mm，Yi白流(liu)強度(du)分别(bie)爲5.5%和(he)3.38%.
3仿真(zhen)結果(guo)分析(xi)
3.1異徑(jing)管道(dao)流場(chang)分布(bu)
　　對局(ju)部矩(ju)形橫(heng)截面(mian)的異(yi)徑管(guan)道，在(zai)矩形(xing)部分(fen)長度(du)80mm，寬💞度(du)38mm，高度(du)✏️20mm，管道(dao)總長(zhang)200mm的條(tiao)件下(xia)采用(yong)Fluent軟件(jian)進行(hang)流場(chang)仿真(zhen)，管道(dao)初始(shi)流速(su)分别(bie)爲0.1m/s低(di)流速(su)和5m/s最(zui)大流(liu)速.其(qi)壓損(sun)和🌈中(zhong)心截(jie)面平(ping)均🧡速(su)度如(ru)🌈表1:

　　表(biao)1指出(chu)低流(liu)速0.1m/s時(shi)異徑(jing)管道(dao)中間(jian)流速(su)增加(jia)2.58倍，提(ti)高⁉️了(le)測量(liang)靈敏(min)度和(he)精确(que)度.初(chu)始流(liu)速5m/s時(shi)，其壓(ya)力損(sun)失符(fu)合冷(leng)水水(shui)表的(de)檢定(ding)規程(cheng)[1叫額(e)定工(gong)作條(tiao)件下(xia)的最(zui)大壓(ya)力損(sun)失應(ying)不超(chao)過0.063MPa.中(zhong)間流(liu)速也(ye)增加(jia)2.58倍爲(wei)12.9m/s，仍在(zai)傳統(tong)電磁(ci)流量(liang)計👈的(de)測量(liang)範圍(wei)内，但(dan)更大(da)初始(shi)流🚶‍♀️速(su)可能(neng)會超(chao)出測(ce)量範(fan)圍.因(yin)此，應(ying)根據(ju)使用(yong)條件(jian)合理(li)設計(ji)管道(dao)尺寸(cun).圖2、圖(tu)3(其中(zhong)X、Y軸坐(zuo)标單(dan)位均(jun)爲m;速(su)度單(dan)位爲(wei)m/s)和圖(tu)4表明(ming)異徑(jing)長方(fang)體管(guan)道的(de)流場(chang)特性(xing)穩定(ding)，設計(ji)長方(fang)體異(yi)徑管(guan)道電(dian)磁流(liu)量計(ji)具有(you)可行(hang)性.



3.2異(yi)徑管(guan)道流(liu)場畸(ji)變
　　對(dui)橫截(jie)面由(you)圓形(xing)漸變(bian)爲矩(ju)形的(de)異徑(jing)管道(dao)，在矩(ju)形截(jie)面部(bu)分長(zhang)度80mm，寬(kuan)度20mm，高(gao)度5mm，管(guan)道總(zong)長度(du)爲200mm的(de)設定(ding)條件(jian)下采(cai)用Fluent軟(ruan)件進(jin)行流(liu)場☂️仿(pang)真，管(guan)道初(chu)始流(liu)速0.1m/s.進(jin)出口(kou)壓損(sun)☔1903.8014Pa，中心(xin)截面(mian)平均(jun)速度(du)2.4529221m/s,增加(jia)24.5倍.根(gen)據圖(tu)5、圖6可(ke)知㊙️，如(ru)果矩(ju)形截(jie)面部(bu)分的(de)高度(du)和✂️寬(kuan)度壓(ya)縮🤩太(tai)大會(hui)導緻(zhi)回流(liu)現象(xiang)，同時(shi)異徑(jing)管的(de)出口(kou)壓力(li)相對(dui)于進(jin)口壓(ya)力小(xiao)太多(duo)，出現(xian)漸擴(kuo)管有(you)嚴重(zhong)的揣(chuai)流現(xian)象❗，流(liu)場變(bian)化較(jiao)大.


3.3異(yi)徑管(guan)道橫(heng)截面(mian)積收(shou)縮部(bu)分不(bu)同長(zhang)度的(de)影晌(shang)
　　對橫(heng)截面(mian)由圓(yuan)形漸(jian)變爲(wei)矩形(xing)的異(yi)徑管(guan)道，在(zai)矩形(xing)截🈚面(mian)部分(fen)寬🔞度(du)38mm，高度(du)20mm，長度(du)爲100~40mm，以(yi)步長(zhang)10mm變化(hua)，管道(dao)總長(zhang)🌏200mm的條(tiao)件下(xia)采用(yong)💁Fluent軟件(jian)進行(hang)流場(chang)仿真(zhen).管道(dao)人口(kou)初始(shi)流速(su)設定(ding)爲O.1m/s.仿(pang)真結(jie)果如(ru)表2.異(yi)徑管(guan)長度(du)方向(xiang)上的(de)壓力(li)損失(shi)由沿(yan)程壓(ya)♍力損(sun)失引(yin)起，差(cha)别較(jiao)小，中(zhong)心截(jie)面平(ping)均速(su)度基(ji)本保(bao)持不(bu)✉️變.

3.4異(yi)徑管(guan)道橫(heng)截面(mian)積收(shou)縮部(bu)分不(bu)同寬(kuan)度的(de)影響(xiang)
　　對橫(heng)截面(mian)由圓(yuan)形漸(jian)變爲(wei)矩形(xing)的異(yi)徑管(guan)道，在(zai)矩形(xing)💛截面(mian)部分(fen)長度(du)80mm，高度(du)20mm，寬度(du)爲48~20mm，以(yi)步長(zhang)2mm變化(hua)，管道(dao)總長(zhang)200mm的條(tiao)件下(xia)采用(yong)Fluent軟件(jian)進行(hang)流場(chang)仿真(zhen)，管道(dao)人口(kou)初始(shi)流速(su)設定(ding)爲0.1m/s.得(de)壓損(sun)和🏃‍♀️中(zhong)心截(jie)面平(ping)均⁉️速(su)度分(fen)布如(ru)圖7.寬(kuan)度越(yue)小壓(ya)力損(sun)失越(yue)大，但(dan)中心(xin)截面(mian)平均(jun)速度(du)🐇也越(yue)大，随(sui)着寬(kuan)度的(de)減小(xiao)，壓損(sun)和中(zhong)心截(jie)面平(ping)均速(su)📱度增(zeng)幅增(zeng)大.

3.5異徑(jing)管道(dao)橫截(jie)面積(ji)收縮(suo)部分(fen)不同(tong)高度(du)的影(ying)晌
　　對(dui)橫截(jie)面由(you)圓形(xing)漸變(bian)爲矩(ju)形的(de)異徑(jing)管道(dao)，在矩(ju)形截(jie)面部(bu)分📧長(zhang)度80mm，寬(kuan)度50mm，高(gao)度爲(wei)30~8mm，以步(bu)長2mm變(bian)化，管(guan)道總(zong)長200mm的(de)條🔞件(jian)下采(cai)用⭐Fluent軟(ruan)件仿(pang)真🐆其(qi)流場(chang)分布(bu)，管道(dao)人口(kou)初始(shi)流速(su)O.1m/s.得壓(ya)損和(he)中心(xin)截面(mian)平均(jun)速度(du)分布(bu)如圖(tu)8.高度(du)越小(xiao)壓力(li)損失(shi)越大(da)，且中(zhong)心截(jie)面平(ping)均速(su)度也(ye)越大(da).随着(zhe)高度(du)的減(jian)小，壓(ya)損和(he)中心(xin)截面(mian)平均(jun)速度(du)增幅(fu)增大(da).

4結(jie)語
　　對(dui)橫截(jie)面由(you)圓形(xing)漸變(bian)爲矩(ju)形的(de)異徑(jing)電磁(ci)流量(liang)計管(guan)道🧡進(jin)行了(le)🈲三維(wei)模拟(ni)仿真(zhen).縮徑(jing)矩形(xing)截面(mian)部分(fen)流體(ti)流🏃速(su)增加(jia)且✨流(liu)速在(zai)管✉️道(dao)橫截(jie)面上(shang)分布(bu)均勻(yun)，有利(li)于低(di)流速(su)小♻️流(liu)量的(de)精确(que)測量(liang).矩形(xing)❓截面(mian)部分(fen)的寬(kuan)度和(he)高度(du)對進(jin)出口(kou)壓損(sun)和中(zhong)心截(jie)面平(ping)均速(su)度💛影(ying)響較(jiao)大.矩(ju)形截(jie)面異(yi)徑管(guan)感應(ying)電動(dong)勢與(yu)磁感(gan)應強(qiang)度B成(cheng)正比(bi)，與♋矩(ju)形橫(heng)截面(mian)的高(gao)度h成(cheng)反比(bi)，由此(ci)高度(du)h越小(xiao)越好(hao).但當(dang)🚶‍♀️高度(du)相㊙️對(dui)于圓(yuan)形🎯人(ren)口的(de)通徑(jing)D收縮(suo)較大(da)時，漸(jian)擴管(guan)中會(hui)出現(xian)明顯(xian)的揣(chuai)🛀流和(he)空穴(xue)現象(xiang)，因此(ci)收縮(suo)比例(li)不能(neng)太大(da).采用(yong)具有(you)局部(bu)收縮(suo)的矩(ju)形截(jie)面的(de)測量(liang)管道(dao)可提(ti)高電(dian)磁流(liu)量計(ji)的勵(li)磁🚶效(xiao)率和(he)傳感(gan)🚶器輸(shu)出信(xin)号的(de)幅度(du)，有利(li)于實(shi)現電(dian)磁🔞流(liu)量計(ji)的低(di)功耗(hao)設計(ji).
　　研究(jiu)結果(guo)可知(zhi)，設計(ji)橫截(jie)面由(you)圓形(xing)漸變(bian)爲矩(ju)形的(de)異徑(jing)管道(dao)電磁(ci)流量(liang)計具(ju)有可(ke)行性(xing)，理論(lun)上并(bing)不存(cun)在管(guan)道尺(chi)寸，具(ju)體的(de)管道(dao)尺寸(cun)則根(gen)據不(bu)改變(bian)原流(liu)場特(te)性太(tai)多、流(liu)🌈體速(su)度♊範(fan)圍和(he)壓力(li)損失(shi)等要(yao)求來(lai)決定(ding).相對(dui)于圓(yuan)形截(jie)面管(guan)道，橫(heng)截面(mian)由圓(yuan)形漸(jian)變爲(wei)🏒矩形(xing)的異(yi)徑管(guan)道電(dian)磁流(liu)量計(ji)還具(ju)有磁(ci)場均(jun)勻、與(yu)🔞流速(su)分布(bu)無關(guan)✏️、低功(gong)耗等(deng)優點(dian)👌.

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