摘要：利用(yong)專業的流(liú)場動力學(xue)計算分析(xī)軟件,通過(guo)建立異徑(jìng)管電磁流(liú)量計 流場(chǎng)的模型,計(ji)算分析異(yì)徑條件下(xia)電磁流量(liàng)計流場🈚的(de)🔴動力學特(tè)性。計算研(yán)究表明:異(yì)徑條件下(xià)流場的人(rén)口流速,電(diàn)極之間的(de)距離對流(liu)場中心點(dian)的速♈度,進(jìn)出口壓力(li)損失都具(jù)有比較大(dà)的影響。通(tong)過研究分(fen)析不同參(cān)數下流場(chang)特性的變(bian)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(jiū)分析結果(guǒ)對異徑條(tiáo)件下電磁(cí)流量計管(guan)道的優化(huà)和改進提(ti)供了一定(dìng)的理論依(yī)據和借鑒(jian)經驗。
0引言(yan)
　　電磁流量(liang)計是目前(qian)世界上應(yīng)用比較廣(guǎng)泛的測量(liang)液體流量(liàng)計之一,因(yīn)其測量精(jīng)度高、穩定(ding)性好廣泛(fan)應用于石(shi)油石🐉化、化(hua)工、污🔴水處(chu)理等各個(gè)行業。目前(qián)國内生産(chǎn)的電磁流(liú)量計管道(dào)都爲均🧑🏾‍🤝‍🧑🏼勻(yún)的圓管。由(you)于電磁流(liú)量計特殊(shū)的計量原(yuán)理和管道(dao)形.狀要求(qiú)🌈圓管,電磁(cí)流量計在(zai)實際計量(liang)中要求必(bì)須滿管流(liú)㊙️,即管道流(liu)速爲中心(xīn)軸對稱分(fen)💃🏻布由此,具(ju)有均勻磁(cí)場和點電(dian)極的電磁(ci)流量計的(de)流速和電(diàn)磁流量計(jì)的📧輸出信(xin)号成一個(gè)正比的關(guan)系。就目前(qian)電磁流量(liang)計應用的(de)實際情況(kuang)來看，在低(di)流速下電(dian)磁流量計(jì)💯的測量精(jīng)度和穩定(ding)性都不是(shi)很高”。國外(wai)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(zhong)間管道的(de)形狀來研(yan)究異徑管(guǎn)道對電磁(ci)流量計流(liú)場的影響(xiǎng)[4]。此外，Korsunskii等人(rén)也㊙️研究🤟了(le)中間管道(dào)爲長方形(xíng)時不同參(cān)數對電磁(cí)流量計流(liú)場特性的(de)影響5。我國(guó)計量學院(yuan)的陳寅佳(jiā)等人也分(fèn)析研究了(le)不同參數(shù)條件下異(yì)徑電磁流(liu)量計流場(chang)☎️的特性61,因(yīn)，此如何在(zai)低流速下(xià)提高電磁(cí)流量計的(de)測量精度(dù)和穩定性(xìng)一直以來(lái)😍都是電磁(cí)流量計改(gai)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(hao)能下計量(liang)的要求，電(diàn)磁流量計(ji)研發人員(yuán)從管🏃‍♂️道結(jié)構、電磁激(jī)勵方式、電(diàn)路分布、電(diàn)極形狀等(deng)各個方面(miàn)🛀🏻都進行了(le)研究和分(fen)析,并🛀🏻取得(dé)了--定的進(jìn)展。
　　對于異(yì)徑管道的(de)電磁流量(liàng)計,目前國(guo)内研究的(de)都比❓較少(shao)。異徑管道(dao)下的電磁(ci)流量計主(zhǔ)要指通過(guo)改👉變普通(tōng)的🏃圓管道(dao),在🔴實際計(ji)量時創造(zao)一個特殊(shū)的💛滿管環(huán)境來提🔴高(gāo)電磁流量(liang)計在低流(liú)速和不滿(man)管情況下(xià)的測量精(jing)度✂️和穩定(dìng)性。
1電磁流(liu)量計工作(zuo)原理，
　　電磁(ci)流量計是(shì)一種利用(yong)法拉第電(dian)磁感應定(ding)律來🐆檢測(ce)液體流量(liang)的一種流(liu)量計。磁勵(lì)線圈将磁(cí)場通過電(dian)極施加給(gěi)💔被測導電(dian)液體以後(hòu),被測導電(diàn)液體切割(ge)磁感線産(chan)生感應電(dian)動勢,通過(guo)檢🔴測感應(ying)電動勢并(bing)進行相應(yīng)的信✂️号處(chù)理實👨‍❤️‍👨現對(duì)經過流量(liàng)計流👉量的(de)檢測。
對于(yú)一般圓形(xíng)管道的電(diàn)磁流量計(ji)輸出的電(diàn)壓信🧑🏽‍🤝‍🧑🏻号爲(wèi):

式中:E爲電(dian)磁感應電(diàn)動勢;B爲磁(cí)場強度;V爲(wèi)流體流動(dong)的平😘均流(liú)速;D爲兩個(gè)電極之間(jiān)的距離(如(ru)果是均勻(yun)的圓形管(guǎn)道則D爲圓(yuan)形管的直(zhi)徑)。
假定管(guǎn)道的橫截(jié)面積爲A,流(liú)量爲q,則上(shàng)式可以寫(xie)成:

　　在建立(lì)電磁流量(liàng)計這個基(ji)本方程的(de)過程中前(qián)人作🈚了如(rú)下的假設(shè)
1)流體磁導(dao)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(man)足Ohm定律;
3)充(chong)分發展流(liu)對于圓管(guan)是軸對稱(cheng)分布的;
4)流(liú)體中的位(wei)移電流小(xiǎo)到基本.上(shang)可以忽略(lue);
5)電磁感應(ying)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(zhōng)🍉的平均流(liu)速和磁極(ji)之間的距(ju)離有關。在(zai)實際的使(shi)用情況中(zhōng)由于有時(shí)電磁流量(liàng)計的工作(zuò)環境比較(jiào)🐅複雜,當流(liu)體流速較(jiao)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(liàng)計測量靈(ling)敏度和準(zhǔn)确性的降(jiàng)低。
2仿真計(jì)算模型的(de)建立
　　異徑(jìng)電磁流量(liang)計就是在(zai)不改變原(yuan)有流場分(fen)布的情況(kuàng)下,用适當(dang)的縮徑來(lái)提高流速(sù),以此提高(gāo)電磁流量(liang)計的測量(liang)準确性和(hé)靈敏度
　　圖(tú)1與圖2分别(bié)爲傳統電(diàn)磁流量計(ji)與分析的(de)異徑電磁(ci)流量計簡(jiǎn)圖。由式(1)及(jí)電磁流量(liang)計的工作(zuo)原理可以(yǐ)自行推⛱️導(dao)出圖2所示(shi)異徑電磁(ci)流量計的(de)公式:
　　首先(xian)在分析圖(tu)2所示的異(yi)徑電磁流(liú)量計流場(chang)時定義一(yī)🈲個距離🛀🏻,即(jí):D=D1–H1–H2;帶人式(1)即(ji)可得:

3流(liu)場計算分(fèn)析
　　在分析(xi)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(wèi):速度人口(kǒu),充分發展(zhan)流爲出口(kǒu),分别讨論(lun)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(tong)參數對🍉流(liú)場特性的(de)影響。圖3~圖(tu)10的分析說(shuo)明在下面(mian)分析中體(tǐ)現。

　　從速度(dù)矢量圖和(he)壓力雲圖(tu)的分布上(shàng)可以看出(chū)，在進💞口處(chu)速度爲0.1m/s時(shi)中心點的(de)壓力和速(su)度有明顯(xiǎn)的增大，這(zhe)也說明在(zài)低🆚流速下(xia)異徑電磁(cí)流量計具(ju)有🛀提高測(ce)量靈敏度(du)和準确性(xing)的優勢

　　由(yóu)表1可以看(kan)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(wéi)之内,其🔱壓(yā)力損失也(yě)符合電磁(cí)流量計檢(jiǎn)定規程的(de)要求⁉️。由Z軸(zhóu)方上速度(dù)🆚随Z軸的位(wèi)置圖(圖6)可(ke)以看出,Z軸(zhóu)方向爲流(liú)體流動👣方(fāng)向,在這個(ge)方向上速(su)度随位🏃置(zhi)的變化随(suí)着Z軸方向(xiang)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(zhi))時速度達(da)到最大,而(ér)後緩慢減(jiǎn)小,但是進(jin)出口的速(su)度差不是(shì)很大。

　　從壓(yā)力損失和(he)速度關系(xì)的圖(圖7)可(kě)以看出入(ru)口速度越(yuè)🌂大，出口處(chù)壓力損失(shi)也越大,但(dàn)不是簡單(dan)的線性增(zeng)長關系。因(yin)此在實際(ji)的應用中(zhōng).應該合理(li)地選㊙️擇異(yì)徑電磁流(liú)量計和合(hé)适的❄️人口(kou)速度。

4不同(tong)參數對其(qi)流場特性(xing)的影響
　　在(zài)計算和研(yan)究異徑電(diàn)磁流量計(jì)兩電極之(zhī)間的距離(lí)和‼️壓力損(sun)失以及中(zhōng)心點速度(du)的關系時(shí),以流場初(chū)始流速爲(wei)0.1m/s的條件👅下(xia)分别計算(suàn)分析了不(bu)同距離下(xia)流場中心(xin)速度和壓(yā)力損失的(de)變化。

　　由圖(tu)8可以看出(chu),在變徑過(guò)小時,以0.1m/s的(de)入口速度(du)時出口速(sù)度達0.31m/s,是人(rén)口速度的(de)3.1倍,但是從(cóng)迹線圖中(zhong)也可以看(kan)出當流體(tǐ)流過中心(xīn)位置時也(ye)産生了嚴(yan)重的🏃回流(liu)現象,且壓(yā)力損失達(dá)101318.05Pa。

　　由圖9與圖(tu)10可以看出(chū),随着兩電(diàn)極距離的(de)增加中心(xīn)點💃🏻速度與(yǔ)進出口壓(ya)力都在減(jian)小，且中心(xin)點速.度随(suí)👈兩電極的(de)🌈距離減小(xiǎo)的趨勢要(yao)大于進出(chu)口壓力減(jiǎn)小的趨勢(shì),進出口壓(yā)力随兩電(dian)極之間距(ju)離減小的(de)趨勢并不(bu)是一個簡(jian)單的線性(xìng)關系。

5結束(shu)語
　　通過專(zhuān)業的流體(ti)分析軟件(jiàn)分析計算(suan)了異徑電(diàn)磁🈚流✏️量計(jì)流💋場💯的特(tè)性,分析探(tàn)讨了不同(tóng)條件下,不(bú)同參數對(duì)其流場🏃🏻動(dong)力🛀學特性(xìng)的影響,分(fen)析計算表(biǎo)明異徑電(dian)磁流量🙇‍♀️計(jì)流場在不(bú)同🤞的入口(kǒu)速度,以及(ji)不同的電(diàn)極之間的(de)距離對其(qi)流🌈場的特(te)性都有較(jiào)大的影響(xiǎng)，但是在低(di)流速下異(yì)徑電磁流(liú)量計有利(li)于提高計(ji)量精度和(he)準确性。
　　仿(páng)真計算結(jie)果也說明(ming)了異徑電(diàn)磁流量計(ji)在實際生(sheng)産♋和使用(yong)中具有可(kě)行性,在低(dī)流速下它(ta)比常規電(diàn)磁流量計(ji)更具有優(you)勢,在管道(dao)異徑位置(zhi)的設置和(hé)距離上并(bing)不一定存(cún)在一個最(zuì)優的結果(guo),在實際設(shè)計和應用(yòng)中要根據(ju)具體流場(chang)的特性和(hé)實際情✍️況(kuang)而定,以異(yi)徑管道的(de)選取不能(neng)改變原有(yǒu)流場特性(xìng)爲最基本(ben)原則。

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