摘要(yào)：運用有限元軟(ruǎn)件ANSYS對電磁流量(liàng)計中存在非導(dǎo)電物體建立的(de)仿真模型，研究(jiu)了不同内徑管(guan)道對電磁♋流量(liàng)計敏感場響應(yīng)特性的影響，爲(wèi)電磁流量計測(ce)量✉️兩相流☀️時傳(chuan)感器電極尺寸(cun)設✍️計提供一定(dìng)的參考，也爲電(diàn)磁流量計在一(yi)定管徑下兩相(xiang)流測量的誤差(chà)分👅析提供理論(lun)依據。
0引言
　　電磁(cí)流量計 是一種(zhong)利用電磁感應(yīng)原理進行測量(liang)的儀表。電磁流(liú)量計應用于多(duō)相流中時具有(you)獨特的優點，如(rú)對🐇流速🌍分布不(bú)太敏感，管道🈚中(zhong)無阻礙流動的(de)部件等🌈［１］。近年來(lai)，在一些特殊領(lǐng)域中電磁流量(liàng)🥰計逐步開始應(ying)用于多❌相流流(liu)速♋的測量。許多(duō)學者對⁉️電磁流(liú)量計在多相流(liu)的測量問題㊙️上(shang)開始了研究。張(zhāng)小章在簡化的(de)二維模型下分(fèn)别求解了單個(gè)氣泡處🚶于流💚量(liàng)計管軸線和橫(héng)截面不同位置(zhi)時虛電流的分(fèn)布情況［２－３］，并對流(liú)體中含有一個(gè)氣泡時電磁流(liú)量計虛電流的(de)三維特性進行(háng)了研究［４］；Jae.Euncha等運用(yòng)２個流量計來🏃‍♀️計(jì)算空隙率的大(dà)小［5］；王月明等對(duì)電磁流量法測(cè)量油氣水多相(xiang)流進行了一系(xi)列的研究［６－９］。
　　本文(wen)運用有限元軟(ruan)件ANSYS對電磁流量(liàng)計中存在非導(dao)電🤟物體建💔立仿(pang)真模型，在此模(mó)型下研究了流(liú)量計傳感器的(de)管直🌍徑大小與(yu)👨‍❤️‍👨非導電物質大(dà)小變化對流量(liàng)計🤩敏感場影響(xiǎng)。研究結果可爲(wèi)電磁流量計在(zai)一定管徑下兩(liǎng)相流測量誤差(cha)👣提供一定的分(fen)析依據。
１敏感場(chang)靈敏度定義
　　當(dāng)導電流體流過(guò)外加磁場時，作(zuo)切割磁力線運(yùn)動。根據法拉第(dì)電磁感應定律(lü)，通過測量感應(yīng)電動勢的值⭐來(lai)求⛹🏻‍♀️出流體速♻️度(dù)和流量。這就是(shì)電磁流量計測(cè)量流量的基⭐本(ben)原理。當流體中(zhōng)出現㊙️非導電物(wu)質🔞時，會使感應(ying)電動勢的分布(bù)發生變化。電📐磁(ci)流量計🤞的基本(běn)方程💃🏻：

　　式中：U爲兩(liǎng)極的電勢差；A爲(wèi)對空間積分；W爲(wèi)矢量權函數，它(ta)是一個隻由電(diàn)磁流量計本身(shen)結構決定的量(liang)🐪，其表達式爲

　　虛(xū)電流是電磁流(liu)量計理論中一(yi)個重要的量。它(ta)決定着電磁流(liu)量計測量區域(yù)權重函數分布(bu)情況［４］。也就決定(dìng)着電磁流量計(ji)内部敏感場分(fèn)布情況。
　　爲了定(ding)量地考查電磁(ci)流量計内部非(fēi)導電物質對電(diàn)磁流量計敏感(gan)場的分布影響(xiǎng)，定義ｃ爲敏感場(chǎng)靈敏度，其定義(yì)如式（3）所示：

　　爲了(le)清晰地描述電(diàn)磁流量計中流(liu)體中存在非導(dao)🌈電物質時，電磁(ci)流量計的響應(yīng)特性情況，運用(yòng)敏感場靈敏度(du)ｃ來刻畫這🚶一響(xiang)應結果。
２仿真模(mo)型及仿真實驗(yàn)
２.１仿真模型
　　仿真(zhēn)實驗是在ANSYS環境(jìng)下進行的，爲了(le)考查電磁流量(liàng)計傳感器中不(bu)同管徑大小對(duì)流量計存在非(fēi)導電物質☎️流體(tǐ)響應特性影響(xiang)情況。仿真模型(xíng)爲垂直上升管(guǎn)，如圖１所示，ＡＮＳＹＳ仿真(zhēn)模型中隻對電(diàn)磁流量計中的(de)流體進行建模(mo)，２個電🌈極中心方(fang)🔴向稱爲ｘ軸，２個電(dian)極相距爲２R，流體(tǐ)中心軸稱爲ｙ軸(zhóu)，ｘ軸與ｙ軸構成直(zhi)角坐标系👣，兩軸(zhóu)交彙點爲坐标(biao)原點，設定仿真(zhen)模型高度爲１0R（即(ji)ｙ軸是從－5R到🎯5R），分别(bié)如圖１所示。電極(ji)兩端給一定的(de)電壓🤞值，一定半(ban)徑的非導電物(wu)質由流體底部(bù)進入，沿着ｙ軸随(suí)着上⛷️升的流體(ti)向上運動，仿真(zhēn)實驗對電磁流(liu)量計中流體的(de)虛電流進行考(kǎo)查，從ｙ軸－４.5R到４.5R每隔(ge)0.5R采集１次仿真數(shu)據。通過分析，以(yǐ)獲得電磁流量(liang)計存在相同半(ban)徑非導電物質(zhì)在不同半徑管(guan)道或不同電極(jí)大小時對流量(liang)計響應特性影(ying)響㊙️情況🌈。

２.２仿真實驗
　　仿真(zhēn)實驗中，設定通(tōng)過電磁流量計(jì)的非導電物質(zhì)大小不變🐪，流量(liang)計内壁管徑的(de)直徑設定爲0.8R，R，1.2R，1.4R，1.6R，流(liú)量計🌈流體中設(shè)定半😄徑爲0.1R的非(fēi)導電物質通過(guò)電磁流量計的(de)中心軸，對😄電磁(ci)流量計中流體(tǐ)的虛電流進行(háng)考查，以獲得流(liu)體中🔞相同大小(xiǎo)非導電物質對(dui)不同半徑管道(dao)的電磁流量計(jì)敏感場影響情(qíng)況。
　　爲了節省篇(pian)幅，這裏隻顯示(shì)其中一個實驗(yan)的部分仿真🏃🏻圖(tú)，如圖２所示。從仿(pang)真結果可以發(fa)現不同管徑大(dà)小對電磁流量(liàng)計的虛✍️電流分(fen)布是有一定影(yǐng)響的，但這些分(fen)布性的仿真結(jie)果無法較🐅好地(di)在數值上給予(yǔ)電極大小與管(guǎn)徑變化對流量(liang)計敏感場影♻️響(xiang)大小情況的說(shuo)明。下面将在仿(páng)真結果分析中(zhong)通過敏感場靈(ling)敏度ｃ對仿真數(shu)據🈲分析。

３仿真結果分析(xī)
　　爲了詳實地考(kǎo)查管直徑變化(hua)下對流量計敏(mǐn)感場靈敏度影(yǐng)🆚響，運用敏感場(chǎng)靈敏度ｃ分别對(duì)每個仿真實驗(yan)進行分析并對(duì)比實驗結果。
　　圖(tú)３爲不同大小内(nèi)徑管道與流量(liang)計敏感場靈敏(mǐn)度關系圖，橫軸(zhou)表示非導電物(wu)質在電磁流量(liang)計ｙ軸的位置，縱(zòng)軸爲敏感場靈(ling)敏度ｃ，圖中各條(tiao)線分别代表了(le)不同測量管徑(jing)大小時非導電(diàn)物質在不同位(wèi)置時敏感場🏃🏻靈(ling)敏度ｃ的變化情(qíng)況。
　　對于半徑一(yi)定的（本例爲0.1R）非(fēi)導電物質，管道(dao)半徑越☁️大，在電(dian)極（ｙ軸坐标原點(diǎn)）附近非導電物(wù)質對電磁流量(liàng)計的敏感場靈(ling)敏🔞度ｃ的響應特(tè)性就越小，仿真(zhēn)實🚩驗也可以說(shuō)明，當電磁流量(liàng)計管道半徑變(biàn)小時，非導電物(wu)質對電磁流量(liang)計的敏感場靈(ling)敏度影響在電(diàn)極（ｙ軸坐标原點(dian)）附近變化是比(bi)較快的；流量計(ji)管道半徑變大(dà)時❄️，非導電物質(zhì)對電磁流量計(ji)的敏感場靈敏(min)度影響在電極(ji)附近變化變得(de)緩慢。仿真實驗(yan)📐可得出：在電磁(ci)流💔量計電極一(yi)定時，根💁據測量(liàng)流體中非導電(diàn)物質的大小以(yi)及電磁流量計(jì)管道半徑可以(yǐ)估計出該電磁(ci)流⛹🏻‍♀️量計的兩相(xiàng)流🏃🏻測量精度（敏(min)感場靈敏度響(xiǎng)應情況），爲測量(liang)兩相流的電磁(cí)流量計傳感器(qì)誤差分析提供(gong)一定分析依據(jù)。

４結束語
　　本(ben)文運用有限元(yuan)軟件對流體中(zhōng)含有非導電物(wu)質時對電磁流(liú)量計敏感場響(xiǎng)應特性進行建(jian)模仿真，通過模(mo)型分析🛀了流量(liang)計管道内徑大(da)小與流量計的(de)敏感場靈敏度(du)響應特性的關(guān)系。研究結果爲(wei)一定管徑下✊電(dian)磁流量計兩相(xiang)流測量的誤差(chà)分析提供一定(dìng)的理論依據。

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