摘要：利用(yòng)專業的流(liú)場動力學(xué)計算分析(xi)軟件,通過(guo)㊙️建立異徑(jing)管電磁流(liú)量計
流場(chǎng)的模型,計(jì)算分析異(yì)徑條件下(xia)電磁流量(liang)計流場的(de)動力💁學特(tè)性。計算研(yán)究表明:異(yì)徑條件下(xia)流場的人(rén)口流✏️速,電(dian)極之間的(de)距離對流(liu)場中心點(dian)的速度,進(jìn)出口壓力(lì)🚶損失都具(ju)有比較大(dà)的影響。通(tong)過研究分(fen)析不同參(can)數下流場(chang)特性的變(biàn)化,證明異(yì)徑電🔱磁流(liu)量計在低(di)流速下的(de)計量精度(du)和準确性(xìng)具有--定的(de)優勢。研究(jiu)分析結果(guǒ)對異徑條(tiáo)件下電磁(ci)流量計管(guǎn)道的優化(hua)和改進提(tí)供了一定(ding)的理論依(yī)據和借鑒(jiàn)經驗。
0引言(yán)
電磁流量(liàng)計是目前(qián)世界上應(yīng)用比較廣(guǎng)泛的測量(liàng)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(huà)工、污水處(chu)理等各個(gè)行業。目前(qian)♉國内生🔴産(chan)的電磁流(liu)量計管道(dào)都爲均❓勻(yún)的圓管。由(you)于電磁流(liu)量計特殊(shū)的計量原(yuán)理和管道(dào)形.狀要求(qiú)🤩圓管,電磁(cí)流量計在(zai)實際計量(liàng)中要求必(bì)須滿管流(liú)💋,即管道流(liú)速🤞爲☎️中心(xīn)軸對稱分(fen)布由此,具(jù)有均勻磁(cí)場和點電(dian)極的電磁(cí)流量計的(de)流速和電(dian)磁流量計(ji)💚的輸出信(xìn)号成一個(ge)正比的關(guān)系。就目前(qián)電磁流量(liàng)🥰計應用的(de)🌈實際情況(kuang)來看，在低(dī)流速下電(diàn)磁流量計(jì)的測量精(jing)度和穩定(ding)性都🐆不是(shì)很高”。國外(wài)流量計量(liàng)專家Keinsdjk把縮(suo)頸作爲異(yi)徑設計的(de)一個方向(xiàng),通過設計(ji)☁️不同的中(zhōng)間管道的(de)形狀來研(yán)究異徑管(guǎn)道對電磁(cí)流量計流(liú)場的影響(xiang)[4]。此外，Korsunskii等人(rén)也研究了(le)中間管道(dao)爲長方形(xing)時不☔同參(cān)數對電磁(ci)流量計流(liú)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(fèn)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(zài)低🎯流速下(xià)提高🤞電磁(cí)流量計的(de)測♉量精度(du)和穩定性(xìng)一直以來(lái)都是電磁(ci)流量計改(gǎi)進和優化(huà)的一個重(zhong)🙇♀️點。爲了适(shì)應電磁流(liú)量計在低(dī)流速、低耗(hào)🤩能下計量(liang)的要求，電(diàn)磁流量計(jì)研發人員(yuan)從管道結(jié)構、電磁激(jī)勵方式、電(dian)路分布、電(diàn)極形狀等(deng)各😘個方面(mian)都進行了(le)研究和分(fèn)析,并取得(dé)了--定的進(jìn)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(shǎo)。異徑管道(dao)下的電磁(cí)流量計主(zhǔ)要指通過(guò)改💛變普🐉通(tong)的圓管道(dào),在實際計(ji)量時創造(zào)一個特殊(shu)的滿管環(huan)境來提高(gao)電磁流量(liàng)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(zuò)原理，
電磁(ci)流量計是(shì)一種利用(yong)法拉第電(dian)磁感應定(dìng)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(diàn)極施加給(gei)被測導電(diàn)液體以後(hòu),被測導電(diàn)液體切割(ge)磁感線産(chǎn)生感應電(diàn)動勢,通過(guo)檢測感應(ying)電動💜勢并(bing)進行✊相應(yīng)的信号處(chu)理實現對(duì)經過流量(liang)計流量的(de)檢測。
對于(yú)一般圓形(xing)管道的電(dian)磁流量計(ji)輸出的電(dian)壓信号爲(wèi):
式中:E爲電(diàn)磁感應電(diàn)動勢;B爲磁(cí)場強度;V爲(wei)流體流動(dong)的平均流(liu)速;D爲兩個(gè)電極之間(jian)的距離(如(rú)果是均勻(yún)的圓🥵形管(guan)道則D爲圓(yuán)形管的直(zhí)徑)。
假定管(guan)道的橫截(jié)面積爲A,流(liú)量爲q,則上(shang)式可以寫(xiě)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(rú)下的假設(she)
1)流體磁導(dǎo)率是均勻(yun)的,流體爲(wei)非磁性流(liú)體;
2)流體的(de)電導率均(jun)勻,并且滿(mǎn)足Ohm定律;
3)充(chōng)分發展流(liu)對于圓管(guǎn)是軸對稱(chēng)分布的;
4)流(liu)體中的位(wèi)移電流小(xiǎo)到基本.上(shàng)可以忽略(luè);
5)電磁感應(yīng)強度B是均(jun1)勻分布的(de)。
由式(1)和式(shi)(2)可以看出(chu)感應電動(dòng)勢與流體(tǐ)在流場中(zhong)的♈平😍均📧流(liu)速和磁極(ji)之間的距(jù)離有關。在(zai)實際的使(shǐ)🌈用情況中(zhōng)由于有時(shí)電磁流量(liang)計的工作(zuò)環境比較(jiào)複雜,當流(liu)體流速較(jiào)低時,産生(shēng)🌂的感應🈲電(diàn).動勢比較(jiào)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(liàng)計就是在(zài)不改變原(yuán)有流場分(fèn)布的情況(kuàng)下,用适當(dāng)的縮徑來(lái)提高流速(su),以此提高(gāo)電磁流量(liàng)計的測量(liang)準确性和(hé)🌍靈敏度
圖(tu)1與圖2分别(bié)爲傳統電(diàn)磁流量計(jì)與分析的(de)異徑電💋磁(cí)流量計簡(jiǎn)圖。由式(1)及(ji)電磁流量(liang)計的工作(zuò)原理可🤩以(yǐ)自行推導(dao)出💔圖2所示(shì)異徑電磁(cí)流量計的(de)公式:
首先(xiān)在分析圖(tu)2所示的異(yì)徑電磁流(liú)量計流場(chǎng)時定義一(yī)⭐個距離,即(ji):D=D1–H1–H2;帶人式(1)即(ji)可得:
3流(liu)場計算分(fèn)析
在分析(xī)中以DN80口徑(jing)的管道爲(wèi)模型,流場(chǎng)動力學計(jì)算方式爲(wei):速度人口(kou),充分發展(zhǎn)流爲出口(kǒu),分别讨論(lùn)計算流速(sù)爲0.1m/s、10m/s時流，場(chǎng)流速、壓力(lì)等參數的(de)變化趨勢(shi)以及不同(tóng)參數對流(liú)場特🙇♀️性的(de)影響。圖3~圖(tu)10的分析說(shuō)明在下面(mian)分析中體(tǐ)現🌈。
從速度(dù)矢量圖和(hé)壓力雲圖(tú)的分布上(shàng)可以看出(chu)，在🔅進口處(chu)速度爲0.1m/s時(shí)中心點的(de)壓力和速(sù)度有明顯(xian)的增大，這(zhe)也說明在(zài)低流速下(xia)異徑電磁(ci)流量計具(jù)有提高測(cè)量靈敏度(dù)和準确性(xing)的優勢
由(you)表1可以看(kàn)出,在計算(suan)時設定速(su)度爲0.1m/s和10m/s時(shí),中心點的(de)速度約爲(wei)入口速度(dù)的1.78倍,仍然(rán)在可以測(cè)量的範圍(wei)之内,其💚壓(yā)力損失也(ye)符合電磁(ci)流量計檢(jiǎn)定規程📞的(de)要求㊙️。由Z軸(zhóu)方上速度(du)随Z軸的位(wei)置圖(圖6)可(ke)以看出,Z軸(zhóu)方向爲流(liu)體流動方(fāng)向,在這🏃🏻♂️個(ge)方向上✉️速(sù)度随位置(zhì)的變化随(sui)🔞着Z軸方向(xiàng)的延伸速(sù)度是-一個(gè)緩慢增加(jia)的過程,到(dào)中心點(變(biàn)徑的位置(zhì))時速度達(da)到最大⛹🏻♀️,而(er)後緩慢減(jian)小,但是進(jin)出口的速(sù)度差不是(shì)很大。
從壓(ya)力損失和(he)速度關系(xi)的圖(圖7)可(kě)以看出入(rù)口速度越(yue)大㊙️，出口處(chù)壓力損失(shi)也越大,但(dan)不是簡單(dān)的線性增(zēng)長關系。因(yīn)此在🚶♀️實際(jì)💋的應用中(zhōng).應該合理(li)地選擇異(yì)徑💋電磁流(liu)🏃♂️量計和♌合(hé)适的🙇♀️人口(kou)速度。
4不同(tong)參數對其(qí)流場特性(xing)的影響
在(zai)計算和研(yán)究異徑電(diàn)磁流量計(ji)兩電極之(zhi)間的距😍離(lí)和壓力損(sǔn)失以及中(zhōng)心點速度(du)的關系時(shí),以流場初(chu)始流速爲(wèi)0.1m/s的條件下(xià)分别計算(suàn)分析了不(bu)同距離下(xià)流場中心(xīn)速‼️度和壓(yā)力損失✏️的(de)變化。
由圖(tú)8可以看出(chū),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(rén)口速度的(de)3.1倍,但是從(cong)迹線圖中(zhong)也可以看(kàn)出當流體(ti)流過中心(xin)位置時也(yě)産生了嚴(yan)重的回流(liú)現象,且壓(yā)力損失達(da)101318.05Pa。
由圖9與圖(tu)10可以看出(chū),随着兩電(dian)極距離的(de)增加中心(xin)點速度與(yǔ)進出口壓(ya)力都在減(jiǎn)小，且中心(xin)點速.度随(suí)兩電極的(de)🌈距離減小(xiao)的趨🔞勢要(yào)大于進出(chū)口壓力減(jiǎn)小的趨勢(shì),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(jiǎn)單的線性(xing)關系。
5結束(shù)語
通過專(zhuān)業的流體(tǐ)分析軟件(jian)分析計算(suan)了異徑電(diàn)磁⁉️流量計(jì)流場的特(tè)性,分析探(tan)讨了不同(tóng)條件下,不(bú)同參數對(duì)其流場動(dòng)力學特性(xìng)的影響,分(fèn)析計算表(biao)明📞異徑電(dian)磁流量計(jì)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(qí)流場的特(tè)性都有較(jiao)大的影響(xiang)，但是在低(di)流速下異(yì)徑電磁流(liu)量計有利(lì)于提高計(jì)量精度和(he)準确性。
仿(pang)真計算結(jie)果也說明(ming)了異徑電(diàn)磁流量計(jì)在實際生(sheng)産和👉使用(yòng)中具有可(ke)行性,在低(di)流速下它(tā)比常規電(dian)磁流量計(jì)更具有優(yōu)勢,在管道(dao)異徑位置(zhi)的設置☁️和(he)距離上并(bing)不❓一定存(cún)在一個最(zui)優的🌈結果(guǒ),在實際📞設(she)計和應用(yòng)中要根據(ju)具體流✌️場(chǎng)的特性和(hé)實際情💋況(kuàng)而定,以異(yì)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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