摘要(yao)：利用專(zhuan)業的流(liu)場動力(li)學計算(suan)分析軟(ruan)件,通過(guo)建立異(yi)徑管電(dian)磁流量(liang)計 流場(chang)的模型(xing),計算分(fen)析異徑(jing)條件下(xia)電磁流(liu)量計流(liu)場的⚽動(dong)力學特(te)性。計算(suan)研究表(biao)明:異徑(jing)條件下(xia)流場的(de)人口流(liu)速,電極(ji)之♍間的(de)⁉️距離對(dui)流場中(zhong)心點的(de)速🔞度,進(jin)出口壓(ya)力損失(shi)都具有(you)比較大(da)的影響(xiang)。通過研(yan)究分析(xi)不同參(can)數下流(liu)場特性(xing)的變化(hua),證明異(yi)徑電磁(ci)流量計(ji)在低流(liu)速下的(de)計量精(jing)度和準(zhun)确性具(ju)有--定的(de)優勢。研(yan)究分析(xi)結果對(dui)異徑條(tiao)件下電(dian)磁流量(liang)計管道(dao)的優化(hua)和改進(jin)提🆚供了(le)一定的(de)理論依(yi)據和借(jie)鑒經驗(yan)。
0引言
　　電(dian)磁流量(liang)計是目(mu)前世界(jie)上應用(yong)比較廣(guang)泛的測(ce)量液體(ti)流量計(ji)之一,因(yin)其測量(liang)精度高(gao)、穩定性(xing)好廣泛(fan)❗應用于(yu)石油石(shi)🍉化、化工(gong)、污水處(chu)理等各(ge)個行業(ye)。目前⭐國(guo)内生⛷️産(chan)的電磁(ci)流量✌️計(ji)管道都(dou)爲均勻(yun)的圓管(guan)。由于電(dian)磁流量(liang)計特殊(shu)的計量(liang)原理和(he)管道形(xing).狀要求(qiu)😍圓管,電(dian)磁流🏃🏻量(liang)計在實(shi)際計量(liang)中要求(qiu)必須滿(man)管流,即(ji)管道流(liu)速爲中(zhong)心軸對(dui)稱分🚶布(bu)由此,具(ju)有均勻(yun)磁場和(he)點電極(ji)的電💔磁(ci)流量計(ji)的流速(su)和電磁(ci)流量計(ji)的💰輸出(chu)信号成(cheng)一個正(zheng)比的關(guan)系。就目(mu)前電磁(ci)流量計(ji)應用的(de)實際情(qing)況來看(kan)，在低流(liu)速下電(dian)磁流量(liang)計的測(ce)量精度(du)和穩定(ding)性都不(bu)是很高(gao)”。國外流(liu)量計量(liang)專家Keinsdjk把(ba)縮頸作(zuo)爲異徑(jing)設計的(de)一個方(fang)向,通過(guo)設計💁不(bu)同的中(zhong)間管道(dao)的形狀(zhuang)來研究(jiu)異徑管(guan)道對電(dian)磁流量(liang)計流💞場(chang)的影響(xiang)[4]。此外，Korsunskii等(deng)人也研(yan)究了中(zhong)間管道(dao)爲長方(fang)形時不(bu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼同參數(shu)對電磁(ci)流量計(ji)流場特(te)性的❤️影(ying)響5。我國(guo)計量學(xue)院的陳(chen)寅佳等(deng)人也分(fen)析研究(jiu)了不同(tong)參數條(tiao)🔅件下異(yi)徑電磁(ci)流量計(ji)流場的(de)特性61,因(yin)，此如何(he)在低流(liu)速下提(ti)高電磁(ci)流量計(ji)的測量(liang)精度❓和(he)穩定性(xing)一直以(yi)來都是(shi)電磁流(liu)量計改(gai)進和💘優(you)化💛的一(yi)個重點(dian)。爲了适(shi)應電磁(ci)流量計(ji)在低流(liu)速、低耗(hao)能下計(ji)量的要(yao)求，電磁(ci)流量計(ji)研發人(ren)員從管(guan)道結構(gou)、電磁激(ji)勵方式(shi)、電路分(fen)布、電💞極(ji)形狀等(deng)各⭐個方(fang)面⛷️都🌏進(jin)行了研(yan)究和分(fen)析,并取(qu)得了--定(ding)的進✨展(zhan)。
　　對于異(yi)徑管道(dao)的電磁(ci)流量計(ji),目前國(guo)内研究(jiu)的都比(bi)較👣少。異(yi)徑管道(dao)下的電(dian)磁流量(liang)計主要(yao)指通過(guo)改變普(pu)🤩通的圓(yuan)管道,在(zai)實際計(ji)量時創(chuang)造一個(ge)特殊的(de)滿管環(huan)境來提(ti)高電磁(ci)流量計(ji)🏃🏻‍♂️在低流(liu)速和不(bu)滿管情(qing)況下的(de)測量精(jing)度🌈和穩(wen)定性。
1電(dian)磁流量(liang)計工作(zuo)原理，
　　電(dian)磁流量(liang)計是一(yi)種利用(yong)法拉第(di)電磁感(gan)應定律(lü)來🐆檢測(ce)液體流(liu)量的一(yi)種流量(liang)計。磁勵(li)線圈将(jiang)磁場通(tong)過電極(ji)施🐪加給(gei)被測導(dao)電液體(ti)以後,被(bei)測導電(dian)液體切(qie)割磁感(gan)線産生(sheng)感應電(dian)動勢,通(tong)過檢測(ce)感應電(dian)動勢并(bing)進行相(xiang)應的信(xin)号處理(li)實現對(dui)經過流(liu)量計流(liu)量的檢(jian)測。
對于(yu)一般圓(yuan)形管道(dao)的電磁(ci)流量計(ji)輸出的(de)電壓信(xin)号爲:

式(shi)中:E爲電(dian)磁感應(ying)電動勢(shi);B爲磁場(chang)強度;V爲(wei)流體流(liu)動的平(ping)均流速(su);D爲兩個(ge)電極之(zhi)間的距(ju)離(如果(guo)是均勻(yun)的圓形(xing)管道則(ze)D爲圓形(xing)管的直(zhi)徑)。
假定(ding)管道的(de)橫截面(mian)積爲A,流(liu)量爲q,則(ze)上式可(ke)以寫成(cheng)🔞:

　　在建立(li)電磁流(liu)量計這(zhe)個基本(ben)方程的(de)過程中(zhong)前人作(zuo)了如下(xia)🈲的假設(she)
1)流體磁(ci)導率是(shi)均勻的(de),流體爲(wei)非磁性(xing)流體;
2)流(liu)體的電(dian)導率均(jun)勻,并且(qie)滿足Ohm定(ding)律;
3)充分(fen)發展流(liu)對于圓(yuan)管是軸(zhou)對稱分(fen)布的;
4)流(liu)體中的(de)位移電(dian)流小到(dao)基本.上(shang)可以忽(hu)略;
5)電磁(ci)感應強(qiang)度B是均(jun)勻分布(bu)的。
　　由式(shi)(1)和式(2)可(ke)以看出(chu)感應電(dian)動勢與(yu)流體在(zai)流場中(zhong)的平❗均(jun)流速和(he)磁極之(zhi)間的距(ju)離有關(guan)。在實際(ji)的使用(yong)情況中(zhong)由于有(you)時🛀電磁(ci)流量計(ji)的工作(zuo)環境比(bi)較複雜(za),當流體(ti)流速較(jiao)低時,産(chan)生的感(gan)應電.動(dong)勢比較(jiao)低，有時(shi)候和噪(zao)聲難以(yi)區分,由(you)♻️此導緻(zhi)了電磁(ci)流量計(ji)測量靈(ling)敏度和(he)準确性(xing)的降低(di)。
2仿真計(ji)算模型(xing)的建立(li)
　　異徑電(dian)磁流量(liang)計就是(shi)在不改(gai)變原有(you)流場分(fen)布的🍓情(qing)🔆況🌏下,用(yong)适當的(de)縮徑來(lai)提高流(liu)速,以此(ci)提高電(dian)磁流量(liang)計的測(ce)量準确(que)性和靈(ling)敏度
　　圖(tu)1與圖2分(fen)别爲傳(chuan)統電磁(ci)流量計(ji)與分析(xi)的異徑(jing)電磁流(liu)量🐆計🐆簡(jian)♈圖。由式(shi)(1)及電磁(ci)流量計(ji)的工作(zuo)原理可(ke)以自✨行(hang)推導出(chu)🍉圖2所示(shi)異徑電(dian)磁流量(liang)計的公(gong)式:
　　首先(xian)在分析(xi)圖2所示(shi)的異徑(jing)電磁流(liu)量計流(liu)場時定(ding)義一個(ge)距離⚽,即(ji):D=D1–H1–H2;帶人式(shi)(1)即可得(de):

3流場計(ji)算分析(xi)
　　在分析(xi)中以DN80口(kou)徑的管(guan)道爲模(mo)型,流場(chang)動力學(xue)計算方(fang)式✔️爲:速(su)度人口(kou),充分發(fa)展流爲(wei)出口,分(fen)别讨論(lun)計✨算流(liu)速爲0.1m/s、10m/s時(shi)流，場流(liu)👄速、壓力(li)等參數(shu)的變化(hua)趨勢以(yi)及不同(tong)參數對(dui)流場特(te)性的影(ying)響。圖3~圖(tu)10的分析(xi)說明在(zai)下面分(fen)析中體(ti)現。

　　從速(su)度矢量(liang)圖和壓(ya)力雲圖(tu)的分布(bu)上可以(yi)看出，在(zai)進口處(chu)速度爲(wei)0.1m/s時中心(xin)點的壓(ya)力和速(su)度有明(ming)顯的增(zeng)大，這也(ye)說明在(zai)低流速(su)下異徑(jing)電磁流(liu)量計具(ju)有提高(gao)測量靈(ling)敏度和(he)準确性(xing)的🍓優勢(shi)

　　由表1可(ke)以看出(chu),在計算(suan)時設定(ding)速度爲(wei)0.1m/s和10m/s時,中(zhong)心點的(de)速🌈度約(yue)爲入口(kou)速度的(de)1.78倍,仍然(ran)在可以(yi)測量的(de)範圍之(zhi)内,其📞壓(ya)力損失(shi)也符合(he)電磁流(liu)量計檢(jian)定規程(cheng)的要求(qiu)。由Z軸方(fang)上速度(du)⭕随Z軸的(de)位置圖(tu)(圖6)可以(yi)看出,Z軸(zhou)方向爲(wei)流體流(liu)動方向(xiang),在這個(ge)方向上(shang)速度随(sui)位置的(de)變化随(sui)着Z軸方(fang)向的延(yan)伸速度(du)是-一個(ge)緩慢增(zeng)加的過(guo)程,到中(zhong)♉心點(變(bian)徑的位(wei)置)時速(su)度達到(dao)最大,而(er)後緩慢(man)減小,但(dan)是進出(chu)口的速(su)度差不(bu)是很大(da)。

　　從壓力(li)損失和(he)速度關(guan)系的圖(tu)(圖7)可以(yi)看出入(ru)口速度(du)越大，出(chu)🐕口🌈處壓(ya)力損失(shi)也越大(da),但不是(shi)簡單的(de)線性增(zeng)長關系(xi)。因此在(zai)實際的(de)應用中(zhong).應該合(he)理地選(xuan)擇異徑(jing)電磁流(liu)量計和(he)合适的(de)人口速(su)度。

4不同(tong)參數對(dui)其流場(chang)特性的(de)影響
　　在(zai)計算和(he)研究異(yi)徑電磁(ci)流量計(ji)兩電極(ji)之間的(de)距離和(he)壓力🈚損(sun)失以及(ji)中心點(dian)速度的(de)關系時(shi),以流場(chang)初始流(liu)速🔅爲0.1m/s的(de)條件下(xia)分别計(ji)算分析(xi)了不同(tong)距離下(xia)流場中(zhong)心速度(du)和壓力(li)損失的(de)變化🐇。

　　由(you)圖8可以(yi)看出,在(zai)變徑過(guo)小時,以(yi)0.1m/s的入口(kou)速度時(shi)出口☔速(su)🌐度達🙇‍♀️0.31m/s,是(shi)人口速(su)度的3.1倍(bei),但是從(cong)迹線圖(tu)中也可(ke)以看出(chu)當流體(ti)🔞流過中(zhong)心⭐位置(zhi)時也産(chan)生了嚴(yan)重的🚶‍♀️回(hui)流現象(xiang),且壓力(li)損失⛱️達(da)101318.05Pa。

　　由圖9與(yu)圖10可以(yi)看出,随(sui)着兩電(dian)極距離(li)的增加(jia)中心點(dian)速度與(yu)進出口(kou)壓力都(dou)在減小(xiao)，且中心(xin)點速.度(du)随兩電(dian)極的距(ju)離📞減小(xiao)的趨♻️勢(shi)要大于(yu)進出口(kou)壓力減(jian)小的趨(qu)勢,進出(chu)💛口壓力(li)随兩電(dian)極之間(jian)📞距離減(jian)小的趨(qu)勢并不(bu)是一個(ge)簡單的(de)線性關(guan)系。

5結束(shu)語
　　通過(guo)專業的(de)流體分(fen)析軟件(jian)分析計(ji)算了異(yi)徑電磁(ci)流量計(ji)流場的(de)特性,分(fen)析探讨(tao)了不同(tong)條件下(xia),不同參(can)數對其(qi)㊙️流場動(dong)力🌈學特(te)性的影(ying)響,分析(xi)計算表(biao)明🈲異徑(jing)電磁流(liu)量計流(liu)場🙇🏻在不(bu)同的入(ru)口速度(du),以及不(bu)💃同的電(dian)極之間(jian)的距離(li)對其流(liu)場的特(te)性都有(you)較大的(de)影響，但(dan)是🐅在低(di)流速下(xia)異徑電(dian)磁流量(liang)計有利(li)于📐提高(gao)計量精(jing)度和準(zhun)确性。
　　仿(pang)真計算(suan)結果也(ye)說明了(le)異徑電(dian)磁流量(liang)計在實(shi)際💋生産(chan)和使用(yong)中具有(you)可行性(xing),在低流(liu)速下它(ta)比常規(gui)電磁流(liu)量計更(geng)具有優(you)勢,在管(guan)道異徑(jing)位置的(de)設置和(he)距離上(shang)并不一(yi)定存在(zai)一個最(zui)優的結(jie)果,在實(shi)際👌設計(ji)和應用(yong)中要根(gen)據具體(ti)流場的(de)特性和(he)實際情(qing)🤩況而定(ding),以異🧑🏾‍🤝‍🧑🏼徑(jing)管道的(de)選取不(bu)能改變(bian)原有流(liu)場特性(xing)爲最基(ji)本原則(ze)。

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