摘要：利用專業(ye)的流場動力學(xue)計算分析軟件(jiàn),通過建立異徑(jìng)管電磁流量計(ji) 流場的模型,計(jì)算分析異徑條(tiáo)件下電磁流量(liàng)計流場的動力(li)學特性。計算研(yán)究表明:異徑條(tiáo)件下流場的人(ren)口流速,電極之(zhī)間的距離對流(liú)場中心點的速(su)度,進出口壓力(li)損失都具有比(bi)較大的♌影響。通(tōng)過研究分析不(bu)同參數下流場(chǎng)特性的變化,證(zhèng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼明異徑電🚩磁流(liú)量計在低流速(su)下的計量精度(du)和準确性具有(you)--定的優勢。研究(jiu)分析結果對異(yi)徑條件下電磁(cí)🌈流量計管道的(de)優化和✉️改進提(ti)供了一定的理(li)論依據和借鑒(jiàn)經驗。
0引言
　　電磁(ci)流量計是目前(qián)世界上應用比(bǐ)較廣泛的測量(liang)液體♻️流量🌈計之(zhī)一,因其測量精(jing)度高、穩定性好(hǎo)廣泛應用于石(shí)🐆油石化、化工、污(wu)水處理等各個(gè)行業。目前國内(nèi)生産的電磁流(liú)量🤞計管道都爲(wei)均勻的圓管。由(you)🛀🏻于電磁流量計(ji)特殊🌍的計量原(yuan)💃🏻理和管道形.狀(zhuàng)要求☂️圓管,電磁(ci)流量計在實際(jì)計量中要求必(bì)須滿管流,即管(guan)道流速爲🐕中心(xīn)軸對稱分布由(you)此,具有均勻磁(ci)場和點電極的(de)電磁流量💞計的(de)流速和電磁流(liú)量計🎯的輸出信(xin)号成一個🚶‍♀️正比(bǐ)的關系。就目前(qián)電磁流量計應(ying)用的實際情況(kuang)來看，在低流速(su)下電磁流量計(jì)🔅的測量精度和(he)穩㊙️定性都不是(shì)很高”。國外📞流量(liàng)計量專家Keinsdjk把縮(suō)頸作爲異徑設(she)計✔️的一個方向(xiàng),通過設計不同(tong)的中間管道的(de)形狀來研究異(yi)徑管道對電磁(cí)💛流量計流👉場的(de)影響[4]。此外，Korsunskii等人(ren)也研究了中間(jiān)管道爲長方形(xing)時不🐕同參數對(dui)電磁流量計流(liu)場特性的🔞影響(xiang)5。我國計量學院(yuàn)的陳寅佳等人(rén)也分析研究了(le)不同參數條件(jian)下異徑電磁流(liú)量計流場的特(tè)性61,因，此如何在(zài)低流速下提高(gāo)電磁流量計的(de)測量精度和穩(wen)定性一直以來(lái)都是電磁流量(liang)計㊙️改進和✏️優化(hua)的一個重✌️點。爲(wèi)了适應電磁流(liu)量計在低流速(sù)、低✨耗🐉能下計量(liàng)的要求，電磁流(liú)量計研發人員(yuán)從管道結構、電(dian)磁激勵方式、電(diàn)路分布、電極形(xíng)狀等各個方面(mian)都🥰進行了研究(jiu)和分析,并取得(dé)了--定的進🤩展。
　　對(duì)于異徑管道的(de)電磁流量計,目(mù)前國内研究的(de)都比較少。異徑(jìng)管道下的電磁(cí)流量計主要指(zhǐ)通過改變普通(tong)的☀️圓管㊙️道,在實(shí)際🙇🏻計量時創造(zao)一個特殊的滿(mǎn)管環境來提高(gāo)電磁流量計在(zài)低流速和不滿(man)管🧑🏽‍🤝‍🧑🏻情況下的🔞測(ce)量精度和穩定(dìng)性。
1電磁流量計(ji)工作原理，
　　電磁(cí)流量計是一種(zhong)利用法拉第電(dian)磁感應定律來(lái)檢測液體流量(liàng)的一種流量計(jì)。磁勵線圈将磁(cí)場通過電♉極施(shi)加給被測導電(diàn)液體以後,被測(cè)導電液體切割(ge)磁感線産生感(gǎn)應電動勢❤️,通過(guo)檢測感應電動(dong)勢并進行相應(yīng)的信号處理實(shi)現對經過流量(liang)計流量的檢測(cè)。
對于一般圓形(xing)管道的電磁流(liú)量計輸出的電(diàn)壓信号爲:

式中(zhōng):E爲電磁感應電(diàn)動勢;B爲磁場強(qiang)度;V爲流體流動(dong)的平均流速㊙️;D爲(wèi)兩個電極之間(jian)的距離(如果是(shì)均勻的圓形管(guǎn)道則D爲圓❌形管(guǎn)的直徑)。
假定管(guǎn)道的橫截面積(jī)爲A,流量爲q,則上(shàng)式可以寫成:

　　在(zài)建立電磁流量(liang)計這個基本方(fāng)程的過程中前(qián)人作了如🔴下的(de)假設
1)流體磁導(dǎo)率是均勻的,流(liu)體爲非磁性流(liú)體;
2)流體的電導(dao)率均勻,并且滿(mǎn)足Ohm定律;
3)充分發(fa)展流對于圓管(guan)是軸對稱分布(bù)的;
4)流體中的位(wei)移電流小到基(ji)本.上可以忽略(lue);
5)電磁感應強度(du)B是均勻分布的(de)。
　　由式(1)和式(2)可以(yǐ)看出感應電動(dòng)勢與流體在流(liú)場中的平均流(liu)速和磁極之間(jiān)的距離有關。在(zai)實際的使用情(qing)況中由于有時(shi)電磁流量計的(de)工作環境比較(jiao)複雜,當流體流(liú)速較低時,産生(sheng)👌的感應電.動勢(shì)比較🈲低，有時候(hòu)和噪聲難以區(qu)分,由📧此導緻了(le)電磁流量計測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)确性的降低。
2仿(páng)真計算模型的(de)建立
　　異徑電磁(ci)流量計就是在(zai)不改變原有流(liú)場分布的情況(kuang)下,用🌈适當的縮(suo)徑來提高流速(su),以此提高電磁(ci)流量計的測量(liàng)準确性和靈敏(mǐn)度
　　圖1與圖2分别(bié)爲傳統電磁流(liú)量計與分析的(de)異徑電磁流量(liang)計簡圖。由式(1)及(jí)電磁流量計的(de)工作原理可以(yǐ)自行推導出圖(tu)2所💋示異徑電磁(ci)流量計的公式(shi):
　　首先在分析圖(tu)2所示的異徑電(diàn)磁流量計流場(chang)時定義一🍓個距(jù)離🧡,即:D=D1–H1–H2;帶人式(1)即(ji)可得:

3流(liu)場計算分析
　　在(zai)分析中以DN80口徑(jìng)的管道爲模型(xíng),流場動力學計(ji)算方式爲:速度(du)人口,充分發展(zhan)流爲出口,分别(bié)讨論計算流速(sù)爲0.1m/s、10m/s時流，場流速(su)、壓🙇🏻力等參數的(de)變化趨勢以及(ji)不同參數對流(liú)場特性的影響(xiang)。圖3~圖10的分析說(shuō)明在下面分析(xī)中體現。

　　從速度(du)矢量圖和壓力(li)雲圖的分布上(shang)可以看出，在進(jìn)口處速💜度爲0.1m/s時(shí)中心點的壓力(li)和速度有明顯(xian)的增大，這也📞說(shuō)明在低✉️流速下(xià)異徑電磁流量(liang)計具有提高測(cè)量靈敏度和準(zhun)确性的優勢

　　由(you)表1可以看出,在(zai)計算時設定速(sù)度爲0.1m/s和10m/s時,中心(xin)點的✌️速❓度約爲(wèi)入口速度的1.78倍(bei),仍然在可以測(cè)量的範✉️圍之内(nei),其壓力損失也(ye)符合電磁流量(liang)計檢定規程的(de)要求。由Z軸方💘上(shàng)速度随Z軸的位(wei)置圖(圖6)可以看(kàn)出,Z軸方向爲流(liú)體流動方向,在(zài)這個方向上速(su)度随位🔞置的變(biàn)化随着Z軸方向(xiang)的🔞延伸速度是(shi)-一個緩慢增🌈加(jiā)的過程,到中心(xin)點(變徑的位置(zhì))時速度達到最(zui)大,而後緩慢🔴減(jian)小,但是進出🔞口(kǒu)的速度差不是(shi)很大。

　　從壓力損(sǔn)失和速度關系(xì)的圖(圖7)可以看(kan)出入口速度越(yuè)🌈大，出🚶‍♀️口處壓力(lì)損失也越大,但(dàn)不是簡單的線(xian)性增長關系。因(yīn)此在實際的應(ying)用中.應該合理(lǐ)地選♉擇異徑電(dian)磁流量計和合(he)适的人口速度(du)。

4不同參數對其(qí)流場特性的影(ying)響
　　在計算和研(yán)究異徑電磁流(liú)量計兩電極之(zhī)間的距離和壓(yā)🤩力損失以及中(zhōng)心點速度的關(guān)系時,以流場初(chū)始✨流速爲0.1m/s的條(tiao)件♊下分别計算(suàn)分析了不同距(jù)離下流場💞中心(xīn)速度和壓🐅力損(sun)失的變化。

　　由圖(tú)8可以看出,在變(biàn)徑過小時,以0.1m/s的(de)入口速度時出(chu)口📐速度達0.31m/s,是人(rén)口速度的3.1倍,但(dan)是從迹線圖中(zhong)也可以看出當(dāng)流體‼️流過中心(xin)位置時也産生(sheng)了嚴重的回流(liu)現☂️象,且壓力損(sǔn)失達101318.05Pa。

　　由圖9與圖(tu)10可以看出,随着(zhe)兩電極距離的(de)增加中心點🚩速(sù)度與進出口壓(ya)力都在減小，且(qie)中心點速.度随(sui)🔞兩電極的距離(lí)😄減小的趨🔞勢要(yào)大于進出口壓(ya)力減🚩小的趨勢(shi),進出口壓力随(sui)兩電極之間距(jù)離減小的趨勢(shì)并不是一個簡(jian)🙇‍♀️單的線性關系(xì)。

5結束語
　　通過專(zhuan)業的流體分析(xi)軟件分析計算(suan)了異徑電磁流(liu)量計流場的特(tè)性,分析探讨了(le)不同條件下,不(bu)同參數對其流(liú)場動力學特性(xing)的影響,分析計(jì)算表明🥵異徑電(diàn)磁流量計流場(chang)在不同的入口(kǒu)⛱️速度,以及不同(tong)的電極之間的(de)距離對其流場(chang)的特性都有較(jiao)大的影響，但是(shì)♊在低流速下異(yì)徑電磁流量計(ji)有利于提高計(jì)量精度和準确(què)性。
　　仿真計算結(jie)果也說明了異(yì)徑電磁流量計(ji)在實際生産🌈和(hé)使🌈用中具有可(kě)行性,在低流速(sù)下它比常規電(diàn)磁🐇流量✂️計更🚶具(jù)有優勢,在管道(dào)異徑位置的設(shè)置和距離上并(bing)不一定存🔞在一(yi)個最優的結果(guǒ),在實際設計和(hé)應🔞用中要根據(ju)具體流場的特(tè)性和實際情況(kuang)而定,以異徑管(guan)道的選♉取不能(néng)改變原有流場(chǎng)特⁉️性爲最基本(ben)原則。

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