摘要：利用(yong)專業的流(liu)場動力學(xue)計算分析(xi)軟件,通過(guo)建立異徑(jing)管電磁流(liu)量計 流場(chang)的模型,計(ji)算分析異(yi)徑條件下(xia)電磁流量(liang)計流場的(de)動力學特(te)性。計算研(yan)究表明:異(yi)徑條件下(xia)流場的人(ren)口流速,電(dian)極之㊙️間的(de)距離對流(liu)場中心點(dian)的速度,進(jin)出口壓力(li)🙇‍♀️損失都具(ju)有比較大(da)的影響。通(tong)過研究分(fen)析不同參(can)數下流場(chang)特性☀️的變(bian)化,證⛷️明異(yi)徑電✌️磁流(liu)量計在低(di)流速下的(de)⛹🏻‍♀️計量精度(du)和準确性(xing)具有--定的(de)優勢。研✂️究(jiu)分析結果(guo)對異徑條(tiao)件下電磁(ci)流量計管(guan)道的優化(hua)和改進提(ti)供了一定(ding)🐉的理論依(yi)據和借鑒(jian)經驗。
0引言(yan)
　　電磁流量(liang)計是目前(qian)世界上應(ying)用比較廣(guang)泛的測量(liang)液體流量(liang)計之一,因(yin)其測量精(jing)度高、穩定(ding)性好廣泛(fan)應用于石(shi)油石化、化(hua)工、污✌️水處(chu)理等各個(ge)行業。目前(qian)國内生産(chan)的電磁流(liu)量☎️計管道(dao)都爲均✨勻(yun)的圓管。由(you)于電磁流(liu)量計特殊(shu)的計量原(yuan)理和管道(dao)形.狀要求(qiu)圓管,電磁(ci)流量計在(zai)實際計量(liang)中要求必(bi)須滿管流(liu),即管道流(liu)速爲中心(xin)軸對稱分(fen)布由此,具(ju)有均勻磁(ci)場和點電(dian)極的電磁(ci)流量計的(de)流速和電(dian)磁流量計(ji)的輸出信(xin)号成一個(ge)🔞正比的關(guan)系。就目前(qian)電磁流量(liang)🥰計應用的(de)📞實際情況(kuang)來看，在低(di)⛷️流速下電(dian)磁流量計(ji)的測量精(jing)度和穩定(ding)性都💯不是(shi)很高”。國外(wai)流量計量(liang)💋專家Keinsdjk把縮(suo)頸作爲異(yi)徑設計的(de)一個方向(xiang),通過設計(ji)不同的中(zhong)間管道的(de)形狀㊙️來研(yan)究🌈異徑管(guan)道對電磁(ci)流量計流(liu)⛹🏻‍♀️場的影響(xiang)[4]。此外，Korsunskii等人(ren)也🛀研究了(le)中間管道(dao)爲長方形(xing)時不同參(can)數對電磁(ci)流量計流(liu)場特性的(de)影響5。我國(guo)計量學院(yuan)的陳寅佳(jia)等人也分(fen)析研究了(le)不同參數(shu)條件下異(yi)徑電磁流(liu)量計流場(chang)🔞的特性61,因(yin)，此如何在(zai)低流速下(xia)提高🐕電磁(ci)流量計的(de)測量精度(du)和穩定性(xing)一直以來(lai)都是電磁(ci)流量計改(gai)進和優化(hua)的一個重(zhong)點。爲了适(shi)應電磁流(liu)量計在低(di)流速、低耗(hao)🈲能下計量(liang)的要求，電(dian)磁流量計(ji)研發人員(yuan)從管道結(jie)✏️構、電磁激(ji)勵方式、電(dian)路分布、電(dian)極形狀等(deng)各個方面(mian)都進行了(le)研究和分(fen)析,并㊙️取得(de)了--定的進(jin)展。
　　對于異(yi)徑管道的(de)電磁流量(liang)計,目前國(guo)内研究的(de)都比較少(shao)。異徑管道(dao)下的電磁(ci)流量計主(zhu)要指通過(guo)改變普通(tong)的圓管⁉️道(dao),在實際計(ji)量時創造(zao)一個特殊(shu)的㊙️滿管環(huan)境來提高(gao)電磁流量(liang)計在低流(liu)速和不滿(man)管情況下(xia)的測量精(jing)度和穩定(ding)性。
1電磁流(liu)量計工作(zuo)原理，
　　電磁(ci)流量計是(shi)一種利用(yong)法拉第電(dian)磁感應定(ding)律來檢測(ce)液🈲體♻️流量(liang)的一種流(liu)量計。磁勵(li)線圈将磁(ci)場通過電(dian)極施加給(gei)♈被測導電(dian)液體以後(hou),被測導電(dian)液體💋切割(ge)磁📧感線産(chan)生感應電(dian)動勢,通過(guo)檢測感應(ying)電動勢并(bing)進行相應(ying)的信号處(chu)理實現對(dui)經過🌐流量(liang)計流量的(de)檢測。
對于(yu)一般圓形(xing)管道的電(dian)磁流量計(ji)輸出的電(dian)壓信号🔅爲(wei)🔴:

式中:E爲電(dian)磁感應電(dian)動勢;B爲磁(ci)場強度;V爲(wei)流體流動(dong)的平🏃‍♂️均流(liu)速;D爲兩個(ge)電極之間(jian)的距離(如(ru)果是均勻(yun)🔞的圓形管(guan)道則D爲圓(yuan)形管的直(zhi)徑)。
假定管(guan)道的橫截(jie)面積爲A,流(liu)量爲q,則上(shang)式可以寫(xie)成🔞:

　　在建立(li)電磁流量(liang)計這個基(ji)本方程的(de)過程中前(qian)人作了如(ru)下的🏒假設(she)
1)流體磁導(dao)率是均勻(yun)的,流體爲(wei)非磁性流(liu)體;
2)流體的(de)電導率均(jun)勻,并且滿(man)足Ohm定律;
3)充(chong)分發展流(liu)對于圓管(guan)是軸對稱(cheng)分布的;
4)流(liu)體中的位(wei)移電流小(xiao)到基本.上(shang)可以忽略(lue);
5)電磁感應(ying)強度B是均(jun)勻分布的(de)。
　　由式(1)和式(shi)(2)可以看出(chu)感應電動(dong)勢與流體(ti)在流場中(zhong)的平均流(liu)速和磁極(ji)之間的距(ju)離有關。在(zai)實際的使(shi)用情🐇況中(zhong)🙇‍♀️由于有時(shi)電磁流量(liang)計的工作(zuo)環境比較(jiao)複雜,當流(liu)體流速較(jiao)低時,産生(sheng)的感應電(dian).動勢比較(jiao)低，有時候(hou)和噪聲難(nan)以區分,由(you)此導緻了(le)電磁流量(liang)☂️計測量靈(ling)敏🤩度和準(zhun)确性的降(jiang)低。
2仿真計(ji)算模型的(de)建立
　　異徑(jing)電磁流量(liang)計就是在(zai)不改變原(yuan)有流場分(fen)布的情況(kuang)下,用适當(dang)的縮徑來(lai)提高流速(su),以此提高(gao)電磁流量(liang)計的測量(liang)準确性和(he)靈敏度
　　圖(tu)1與圖2分别(bie)爲傳統電(dian)磁流量計(ji)與分析的(de)異徑電磁(ci)🐪流量計簡(jian)圖。由式(1)及(ji)電磁流量(liang)計的工作(zuo)原理可以(yi)自行推導(dao)出圖2所示(shi)異🌈徑電磁(ci)流量計的(de)公式:
　　首先(xian)在分析圖(tu)2所示的異(yi)徑電磁流(liu)量計流場(chang)時定🈚義一(yi)個距離🔴,即(ji):D=D1–H1–H2;帶人式(1)即(ji)可得:

3流(liu)場計算分(fen)析
　　在分析(xi)中以DN80口徑(jing)的管道爲(wei)模型,流場(chang)動力學計(ji)算方式爲(wei):速度人口(kou),充分發展(zhan)流爲出口(kou),分别讨論(lun)計算流速(su)爲0.1m/s、10m/s時流，場(chang)流速、壓力(li)等參數的(de)變化趨勢(shi)以🆚及不同(tong)⛷️參數對流(liu)場特性的(de)影響。圖3~圖(tu)㊙️10的分析說(shuo)明🛀🏻在下面(mian)分析中體(ti)現。

　　從速度(du)矢量圖和(he)壓力雲圖(tu)的分布上(shang)可以看出(chu)，在進口處(chu)速🥵度爲0.1m/s時(shi)中心點的(de)壓力和速(su)度有明顯(xian)的增大🌈，這(zhe)也說明在(zai)低流速下(xia)異徑電磁(ci)流量計具(ju)有提高測(ce)量靈敏度(du)和準确性(xing)的優勢

　　由(you)表1可以看(kan)出,在計算(suan)時設定速(su)度爲0.1m/s和10m/s時(shi),中心點的(de)速度約爲(wei)♻️入口速度(du)的1.78倍,仍然(ran)在可以測(ce)量的範圍(wei)之内,其壓(ya)力損失也(ye)符合電磁(ci)流量計檢(jian)定規程的(de)要求。由Z軸(zhou)方上速度(du)随Z軸的位(wei)置圖(圖6)可(ke)以看出,Z軸(zhou)方向爲流(liu)體流動方(fang)向,在這個(ge)方向上速(su)度随位✂️置(zhi)的變化随(sui)着Z軸方向(xiang)的延伸速(su)度是-一個(ge)緩慢增加(jia)的過程,到(dao)中心點(變(bian)徑的位置(zhi))時速度達(da)到最大,而(er)後緩慢減(jian)小,但是進(jin)出口的速(su)度差不是(shi)很大。

　　從壓(ya)力損失和(he)速度關系(xi)的圖(圖7)可(ke)以看出入(ru)口速度越(yue)大✌️，出口🏃‍♂️處(chu)壓力損失(shi)也越大,但(dan)不是簡單(dan)的線♊性增(zeng)長關系。因(yin)此在實際(ji)的應用中(zhong).應該合理(li)地選🥰擇異(yi)徑🏃🏻‍♂️電磁流(liu)量計和合(he)适的人口(kou)速度。

4不同(tong)參數對其(qi)流場特性(xing)的影響
　　在(zai)計算和研(yan)究異徑電(dian)磁流量計(ji)兩電極之(zhi)間的距離(li)和⛷️壓力損(sun)失以及中(zhong)心點速度(du)的關系時(shi),以流場初(chu)始流速♈爲(wei)0.1m/s的條件⭐下(xia)分别計算(suan)分析了不(bu)同距離下(xia)流場中心(xin)速度和壓(ya)力損失的(de)變化☁️。

　　由圖(tu)8可以看出(chu),在變徑過(guo)小時,以0.1m/s的(de)入口速度(du)時出口速(su)度達0.31m/s,是人(ren)口速度的(de)3.1倍,但是從(cong)迹線圖中(zhong)也可以看(kan)出當流體(ti)流過🏃‍♀️中心(xin)位置時也(ye)産生了嚴(yan)重的回流(liu)現象,且壓(ya)力損失🌈達(da)101318.05Pa。

　　由圖9與圖(tu)10可以看出(chu),随着兩電(dian)極距離的(de)增加中心(xin)點速度與(yu)進出口壓(ya)力都在減(jian)小，且中心(xin)點速.度随(sui)兩電極的(de)距離😘減小(xiao)的趨勢要(yao)大于進出(chu)口壓力減(jian)小的趨🔞勢(shi),進出口壓(ya)力随兩電(dian)極之間距(ju)離減小的(de)趨勢并不(bu)🙇‍♀️是一個簡(jian)單的線性(xing)關系。

5結束(shu)語
　　通過專(zhuan)業的流體(ti)分析軟件(jian)分析計算(suan)了異徑電(dian)磁流量計(ji)流場的特(te)性,分析探(tan)讨了不同(tong)條件下,不(bu)同參數對(dui)其流場動(dong)力學特性(xing)的影響,分(fen)析計算表(biao)明異徑電(dian)磁流量計(ji)流場⛱️在不(bu)同的入口(kou)速度,以及(ji)不✂️同的電(dian)極📧之間的(de)距離對其(qi)流場的特(te)性‼️都有較(jiao)大的影響(xiang)，但是在低(di)流速下異(yi)徑電磁流(liu)🌈量計有利(li)于提高計(ji)量精🚶‍♀️度和(he)準确性。
　　仿(pang)真計算結(jie)果也說明(ming)了異徑電(dian)磁流量計(ji)在實際生(sheng)産和使用(yong)中具有可(ke)行性,在低(di)流速下它(ta)比常規電(dian)磁♈流量計(ji)更具有⭐優(you)勢,在管道(dao)異徑位置(zhi)的設置和(he)距離上并(bing)不💛一定存(cun)在一個最(zui)優的結果(guo),在實際👉設(she)計和應用(yong)中要根💯據(ju)具體流場(chang)的特性和(he)實際情況(kuang)而定,以異(yi)徑管道的(de)選取不能(neng)改變原有(you)流場特性(xing)爲最基本(ben)原則。

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