摘要(yào)：運用有(you)限元軟(ruan)件ANSYS對電(diàn)磁流量(liang)計中存(cun)在非導(dao)電🈲物體(tǐ)建立的(de)仿真模(mo)型，研究(jiū)了不同(tóng)内徑管(guan)道對電(diàn)磁流量(liang)計敏👨‍❤️‍👨感(gǎn)場響應(yīng)特性的(de)影響，爲(wèi)電磁流(liú)量計測(ce)量兩相(xiang)流時傳(chuán)感器電(dian)極尺寸(cun)設計提(ti)供一定(ding)的參考(kǎo)，也爲電(diàn)磁流量(liàng)計在一(yī)☂️定管徑(jing)下兩相(xiang)流測量(liang)的誤差(cha)分❓析提(tí)供理論(lùn)依據。
0引(yǐn)言
　　電磁(ci)流量計(ji) 是一種(zhǒng)利用電(diàn)磁感應(ying)原理進(jin)行測量(liàng)的儀表(biǎo)。電磁流(liu)🤟量計應(yīng)🔴用于多(duo)相流中(zhong)時具有(you)獨特的(de)優點，如(ru)對流速(sù)分布不(bú)太敏感(gǎn)，管道中(zhong)無阻礙(ai)流動的(de)部件等(děng)［１］。近年來(lái)，在一些(xie)特殊領(lǐng)域中電(diàn)🎯磁流量(liàng)計逐步(bu)開始㊙️應(ying)用于多(duō)相流流(liú)速的測(ce)量。許多(duō)學者對(dui)✊電磁流(liú)量計在(zai)多相流(liú)的測量(liang)問題上(shang)開始了(le)研究。張(zhang)小章在(zài)簡化的(de)二維模(mo)型下分(fen)别求解(jie)了單個(ge)氣泡處(chù)于流🐉量(liàng)計管軸(zhóu)線和橫(heng)截面不(bú)同位置(zhì)時虛電(dian)流的分(fèn)布情況(kuang)［２－３］，并對流(liú)體中含(hán)☀️有一個(gè)氣泡時(shí)電💚磁😍流(liú)量計虛(xū)電流的(de)三維特(tè)性進行(háng)了研究(jiu)［４］；Jae.Euncha等運用(yòng)２個流量(liàng)計來⭐計(jì)算空隙(xì)率的大(da)小［5］；王月(yue)明等對(duì)電磁流(liu)量法測(ce)量⁉️油氣(qi)水多相(xiang)💘流進行(háng)了一系(xì)列的研(yan)究［６－９］。
　　本文(wén)運用有(you)限元軟(ruǎn)件ANSYS對電(diàn)磁流量(liàng)計中存(cun)在非導(dǎo)⁉️電物體(tǐ)建立仿(páng)真模型(xíng)，在此模(mó)型下研(yán)究了流(liú)量計傳(chuán)感器的(de)🏃🏻‍♂️管直徑(jing)大小與(yu)非導電(diàn)物質大(da)小變化(huà)對流量(liàng)計敏感(gan)場影響(xiǎng)。研究結(jié)果可爲(wei)電♈磁流(liú)量計在(zài)💚一定管(guǎn)徑下兩(liang)相流測(cè)量誤差(cha)提供一(yī)定的分(fèn)析依📱據(ju)。
１敏感場(chang)靈敏度(du)定義
　　當(dāng)導電流(liú)體流過(guo)外加磁(cí)場時，作(zuo)切割磁(ci)力線運(yun)動。根據(jù)法🚶拉第(dì)💚電磁感(gan)應定律(lü)，通過測(ce)量感應(yīng)電動勢(shì)的值來(lái)求🐇出流(liú)✌️體速🌏度(du)和流量(liang)。這就是(shi)電磁流(liu)量計測(ce)量流量(liang)的基本(ben)原理💞。當(dāng)流體中(zhong)出現非(fēi)導電物(wu)質😍時，會(hui)使感應(yīng)電動勢(shì)的分布(bù)發生變(bian)化。電✏️磁(ci)流量計(jì)的基本(běn)方程：

　　式(shi)中：U爲兩(liang)極的電(dian)勢差；A爲(wei)對空間(jian)積分；W爲(wei)矢量權(quan)函數💘，它(ta)是一個(ge)隻由電(dian)磁流量(liàng)計本身(shen)結構決(jue)定的量(liàng)，其表達(da)式爲

　　虛(xū)電流是(shi)電磁流(liú)量計理(lǐ)論中一(yī)個重要(yào)的量。它(ta)決定着(zhe)電磁流(liu)❌量計測(cè)量區域(yu)權重函(hán)數分布(bu)情況［４］。也(yě)就決定(ding)着電磁(ci)流量計(jì)内部敏(mǐn)感場分(fèn)布情況(kuàng)。
　　爲了定(dìng)量地考(kǎo)查電磁(cí)流量計(jì)内部非(fēi)導電物(wù)質對電(dian)磁流量(liàng)✉️計敏感(gǎn)場的分(fen)布影響(xiang)，定義ｃ爲(wèi)敏感場(chǎng)靈敏度(du)🔴，其定義(yì)如式（3）所(suo)示：

　　爲了(le)清晰地(dì)描述電(dian)磁流量(liang)計中流(liú)體中存(cún)在非導(dǎo)電物質(zhi)時⭕，電磁(cí)流量計(ji)的響應(ying)特性情(qing)況，運用(yòng)敏感場(chang)靈💔敏度(du)ｃ來刻‼️畫(hua)這一響(xiang)✍️應結果(guo)。
２仿真模(mo)型及仿(pang)真實驗(yàn)
２.１仿真模(mó)型
　　仿真(zhēn)實驗是(shì)在ANSYS環境(jìng)下進行(hang)的，爲了(le)考查電(diàn)磁流量(liàng)⭐計傳感(gan)器中✏️不(bu)同管徑(jìng)大小對(duì)流量計(jì)存在非(fēi)導電物(wù)質流體(ti)響應特(te)性影響(xiǎng)情況。仿(páng)真模型(xing)爲垂直(zhí)上升管(guan)，如圖１所(suo)示，ＡＮＳＹＳ仿真(zhen)模型中(zhōng)隻💜對電(dian)磁👉流量(liang)計中的(de)流體進(jìn)行建模(mo)，２個電極(jí)中心方(fang)向稱爲(wèi)ｘ軸🚩，２個電(dian)極相距(ju)爲２R，流體(ti)中心軸(zhou)稱爲ｙ軸(zhóu)🙇🏻，ｘ軸與ｙ軸(zhóu)構成直(zhí)角坐标(biao)系，兩軸(zhou)交彙點(dian)爲坐标(biāo)原點，設(she)定✊仿真(zhen)模型高(gao)度爲１0R（即(ji)ｙ軸是從(cóng)－5R到🏃‍♂️5R），分别(bie)如圖１所(suo)示。電極(jí)兩端給(gěi)一定的(de)電壓值(zhí)，一定半(bàn)徑的非(fēi)導電物(wu)質由流(liú)體底部(bu)進入，沿(yán)着ｙ軸随(suí)着上升(sheng)的流體(tǐ)向上運(yùn)動，仿真(zhēn)實驗對(dui)電磁流(liú)量計中(zhōng)流體的(de)虛電流(liu)進行考(kao)查，從ｙ軸(zhou)－４.5R到４.5R每隔(ge)0.5R采集🍉１次(cì)仿真數(shù)據。通過(guo)分析，以(yǐ)獲得電(dian)磁流量(liàng)計存在(zài)相同半(bàn)徑非導(dao)電物質(zhi)在不同(tong)半徑管(guǎn)道或不(bú)同電極(ji)大小時(shí)對流量(liang)計響應(yīng)特性影(ying)響情況(kuang)。

２.２仿真實(shi)驗
　　仿真(zhēn)實驗中(zhōng)，設定通(tōng)過電磁(cí)流量計(jì)的非導(dǎo)電物質(zhi)🥵大小不(bú)變，流量(liang)計内壁(bì)管徑的(de)直徑設(she)定爲0.8R，R，1.2R，1.4R，1.6R，流(liu)量計流(liu)體中設(she)定半🍉徑(jing)爲0.1R的非(fēi)♍導電物(wu)質通過(guò)電磁流(liú)量計的(de)中心軸(zhou)，對🔅電磁(ci)流量計(jì)中流體(ti)的虛電(dian)流進行(hang)考查，以(yi)獲☂️得流(liu)體中🔅相(xiang)同大小(xiao)非導電(diàn)物質對(duì)不同🌍半(bàn)徑管道(dào)的電磁(ci)流量計(jì)敏感場(chǎng)影響📞情(qing)況。
　　爲了(le)節省篇(pian)幅，這裏(lǐ)隻顯示(shi)其中一(yi)個實驗(yàn)的部分(fèn)仿⭐真圖(tu)🔴，如圖２所(suo)示。從仿(páng)真結果(guo)可以發(fā)現不同(tóng)管徑大(da)小對電(dian)磁流量(liang)計🎯的虛(xu)電流分(fèn)布是有(you)一定影(yǐng)響的，但(dàn)這些分(fen)布性的(de)仿真結(jié)果無法(fǎ)較好地(di)在數值(zhi)上給予(yǔ)電極大(dà)小與管(guǎn)徑變化(huà)對流量(liàng)計敏感(gǎn)場影💔響(xiang)大小情(qing)況的說(shuo)明。下面(miàn)将在仿(páng)真結果(guǒ)分析中(zhōng)通過敏(min)感場靈(líng)敏♈度ｃ對(dui)仿真數(shu)據分析(xī)。

３仿真結(jié)果分析(xī)
　　爲了詳(xiáng)實地考(kao)查管直(zhi)徑變化(huà)下對流(liu)量計敏(min)感場✉️靈(ling)敏度影(yǐng)🐕響，運用(yòng)敏感場(chǎng)靈敏度(du)ｃ分别對(duì)每個仿(páng)真實驗(yàn)進行分(fèn)析并對(dui)比實🔱驗(yàn)結果。
　　圖(tu)３爲不同(tóng)大小内(nèi)徑管道(dao)與流量(liang)計敏感(gǎn)場靈敏(mǐn)度關系(xì)📧圖，橫軸(zhóu)表示非(fei)導電物(wu)質在電(diàn)磁流量(liang)計ｙ軸的(de)👈位置，縱(zong)軸爲敏(mǐn)⭐感場靈(líng)敏度ｃ，圖(tú)中各條(tiao)線分别(bie)代表了(le)不同測(cè)量管徑(jing)大小時(shí)非導電(dian)物質在(zai)不同位(wei)置時敏(min)感場靈(líng)敏度ｃ的(de)變化情(qing)況。
　　對于(yu)半徑一(yi)定的（本(běn)例爲0.1R）非(fei)導電物(wu)質，管道(dào)半徑越(yuè)大，在電(diàn)極🧑🏾‍🤝‍🧑🏼（ｙ軸坐(zuo)标原點(dian)）附近非(fēi)導電物(wu)質對電(dian)磁流量(liàng)計的敏(min)🔞感場👄靈(líng)敏度ｃ的(de)響應特(te)性就越(yuè)小，仿真(zhen)實驗也(yě)可以說(shuo)明，當電(diàn)磁流量(liàng)計管道(dào)半徑變(biàn)小時，非(fei)導電物(wù)質對電(dian)磁流💋量(liàng)計的敏(min)感場靈(ling)敏度影(ying)響在📱電(dian)極（ｙ軸坐(zuò)标原點(dian)）附近變(biàn)化是比(bǐ)較快的(de)；流量計(jì)管道半(bàn)徑變大(da)時，非導(dǎo)電物質(zhì)對電磁(ci)流量計(jì)的🔴敏感(gan)場靈敏(mǐn)度影響(xiǎng)在電極(ji)附近變(bian)化變得(de)緩慢。仿(páng)真實驗(yan)可得出(chū)：在電磁(ci)流量計(jì)電極一(yi)定時，根(gen)據測量(liang)流體中(zhōng)非導電(diàn)物質的(de)大小以(yi)及電磁(cí)流量計(ji)管道半(bàn)徑可以(yǐ)估計出(chū)該電磁(cí)流量計(ji)的兩相(xiàng)流測量(liang)精度（敏(mǐn)感場靈(líng)敏度響(xiǎng)應情況(kuang)♌），爲測量(liàng)兩相流(liu)的電磁(ci)流⭐量計(jì)傳感器(qi)誤差分(fèn)析提♈供(gòng)一定分(fen)析依據(ju)。

４結(jié)束語
　　本(běn)文運用(yong)有限元(yuán)軟件對(dui)流體中(zhong)含有非(fēi)導電物(wu)質時對(duì)電磁⛹🏻‍♀️流(liú)量計敏(min)感場響(xiǎng)應特性(xing)進行建(jian)模仿真(zhēn)😍，通過⭕模(mo)型分析(xī)👌了流量(liàng)計管道(dao)内徑大(dà)小與流(liu)量計的(de)敏感👅場(chang)靈敏度(du)響應特(tè)性的關(guān)系。研究(jiū)結果爲(wei)一定管(guan)徑下電(diàn)磁流量(liàng)😄計兩相(xiàng)流⛹🏻‍♀️測量(liang)的誤差(cha)分析提(ti)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻供一定(ding)的理🈲論(lùn)依據。

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