摘要：利用(yòng)專業的流(liú)場動力學(xué)計算分析(xi)軟件,通過(guò)㊙️建立異徑(jìng)管電磁流(liu)量計 流場(chǎng)的模型,計(ji)算分析異(yì)徑條件下(xià)電磁流量(liang)計流場的(de)動力學特(tè)性。計算研(yan)究表明:異(yì)徑條件下(xià)流場🍓的人(ren)口流速,電(dian)極之間的(de)距離對流(liú)場中心點(diǎn)的速度,進(jin)出口壓力(li)損失都具(jù)有比🔞較大(da)的影響。通(tōng)過研❌究分(fen)析不同參(cān)數下流場(chǎng)特性的變(biàn)化,證明異(yì)徑電磁流(liu)量計在低(dī)流速下的(de)計量精度(dù)和準确性(xing)具有--定的(de)優勢。研🔴究(jiu)分析結果(guǒ)對異徑條(tiáo)件下電磁(cí)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(jian)經驗。
0引言(yán)
　　電磁流量(liang)計是目前(qian)世界上應(yīng)用比較廣(guang)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(shí)油石化、化(hua)工、污水處(chu)理等各個(gè)行業。目前(qián)國内生産(chan)的電磁流(liú)量計管道(dao)都爲均勻(yún)的圓管。由(yóu)于電磁流(liú)量計特殊(shū)的計量原(yuán)🐉理和管道(dào)形.狀要求(qiu)圓管,電磁(cí)流量計在(zai)實際計量(liang)中要求必(bì)須滿管流(liu),即管道流(liú)速爲中心(xin)軸對稱分(fèn)布由此,具(ju)有均勻磁(cí)場和點電(dian)極的電磁(cí)流量計的(de)流速和電(diàn)磁流量計(ji)的輸出信(xìn)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(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(shi)很高”。國外(wài)流量計量(liang)專家Keinsdjk把縮(suo)頸作爲異(yi)徑設計的(de)一個方向(xiang),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(liu)場的影響(xiang)[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(can)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(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(liú)量計流場(chǎng)⛹🏻‍♀️的特性61,因(yīn)，此如何在(zai)低💛流速下(xia)提高🈲電磁(ci)流量計的(de)測☂️量精度(dù)😄和穩定性(xing)一直以來(lai)❌都是電磁(cí)流量計🏃‍♀️改(gǎi)進和優化(hua)🤩的一個重(zhòng)點。爲了适(shì)應電磁流(liú)量計在低(di)流速、低耗(hao)🈲能下計量(liàng)的要求，電(diàn)磁流量計(ji)研發人員(yuan)從管道結(jié)構、電磁激(ji)勵方式、電(diàn)路分布、電(diàn)極形狀等(děng)各個方面(mian)都進行了(le)研究和分(fen)析,并取得(de)了--定的進(jin)展。
　　對于異(yi)徑管道的(de)電磁流量(liang)計,目前國(guó)内研究的(de)都比較少(shao)。異🙇‍♀️徑管道(dao)下的電磁(ci)流量計主(zhu)要指通過(guò)改變普通(tong)的圓管道(dao),在實際計(jì)量時創造(zao)一個特殊(shū)的滿管環(huán)⛷️境來提高(gao)電磁流量(liàng)計在低流(liu)速和不滿(mǎn)管情況下(xià)的測量精(jīng)度和穩定(dìng)性。
1電磁流(liu)量計工作(zuò)原理，
　　電磁(cí)流量計是(shì)一種利用(yòng)法拉第電(diàn)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(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(gē)磁感線産(chan)生感應電(dian)動勢,通過(guò)檢測感應(yīng)電動勢并(bing)進行相應(ying)的信号處(chù)理實現對(duì)經過流量(liàng)計流量的(de)檢測。
對于(yu)一般圓形(xing)管道的電(dian)磁流量計(jì)輸出的電(diàn)壓信号㊙️爲(wei):

式中:E爲電(dian)磁感應電(diàn)動勢;B爲磁(cí)場強度;V爲(wei)流體流動(dòng)的平🌍均流(liu)📧速;D爲兩個(ge)電極之間(jiān)的距離(如(rú)果是均勻(yun)的圓形管(guǎn)☔道則D爲圓(yuán)形管的直(zhi)徑)。
假定管(guan)道的橫截(jié)面積爲A,流(liu)量爲q,則上(shàng)式可以寫(xiě)成🔴:

　　在建立(li)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(dǎo)率是均勻(yún)的,流體爲(wèi)非磁性流(liu)體;
2)流體的(de)電導率均(jun1)勻,并且滿(man)足Ohm定律;
3)充(chōng)分發展流(liu)對于圓管(guan)是軸對稱(chēng)分布的;
4)流(liú)體中的位(wèi)移電流小(xiao)到基本.上(shàng)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(shì)(2)可以看出(chū)感應電動(dong)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(zài)實際的使(shǐ)用情況中(zhong)由于有時(shi)電磁😍流量(liàng)計的工作(zuo)環境比較(jiao)複雜,當流(liú)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(nán)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(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(zai)不改變原(yuán)有流場分(fèn)布的情況(kuang)下,用适當(dang)的縮徑來(lái)提高流速(su),以此提高(gao)電磁👣流量(liang)計的測量(liàng)♻️準确性和(he)靈敏度
　　圖(tu)1與圖2分别(bie)爲傳統電(diàn)磁流量計(ji)與分析的(de)異徑電磁(cí)㊙️流量計簡(jian)圖。由式(1)及(jí)電磁流量(liang)計的工作(zuò)原理可以(yi)自行推導(dǎo)出圖2所示(shì)異♈徑電磁(cí)流量計的(de)公式:
　　首先(xian)在分析圖(tu)2所示的異(yì)徑電磁流(liu)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(liú)場計算分(fen)析
　　在分析(xī)中以DN80口徑(jing)的管道爲(wèi)模型,流場(chang)動力學計(ji)算㊙️方式爲(wèi):速度人口(kǒu),充分發展(zhan)流爲出口(kou),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(liu)場特性的(de)影響。圖3~圖(tú)10的分析說(shuo)明在下面(miàn)分析中體(ti)現。

　　從速度(du)矢量圖和(he)壓力雲圖(tú)的分布上(shang)可以看出(chu)，在🤞進口處(chu)速度爲0.1m/s時(shi)中心點的(de)壓力和速(sù)度有明顯(xiǎn)的增大，這(zhè)也說明在(zài)低流速下(xià)異徑電磁(ci)流量計具(jù)有提高測(ce)量靈敏度(dù)和準确性(xing)的優勢

　　由(yóu)表1可以看(kan)出,在計算(suàn)時設定速(sù)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(ya)力🛀損失也(yě)符合電磁(ci)流量計檢(jiǎn)定規程的(de)要求。由Z軸(zhou)方上速度(dù)随Z軸的位(wei)置圖(圖6)可(kě)以看出,Z軸(zhou)方向爲流(liu)體流動方(fāng)向,在這個(gè)方向上速(su)度随位置(zhì)的變化随(suí)📐着Z軸方向(xiàng)的延伸速(sù)度是-一個(gè)緩慢增加(jiā)的過程,到(dào)中心點(變(bian)徑的位置(zhi))時速度達(da)到最大,而(ér)後緩慢減(jiǎn)小,但是進(jìn)出口的速(su)度差不是(shi)很大。

　　從壓(ya)力損失和(hé)速度關系(xi)的圖(圖7)可(kě)以看出入(rù)口速度越(yuè)大，出口😄處(chù)壓力損失(shī)也越大,但(dan)不是簡單(dan)的線性增(zēng)長關⭕系。因(yin)此在實際(ji)的應用中(zhong).應該合理(lǐ)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(tóng)參數對其(qi)流場特性(xìng)的影響
　　在(zài)計算和研(yan)究異徑電(dian)磁流量計(jì)兩電極之(zhī)間的距離(li)和壓力🈲損(sǔn)失以及中(zhong)心點速度(du)的關系時(shí),以流場🔅初(chu)始流速爲(wei)0.1m/s的條件下(xia)分别計算(suan)分析了不(bú)同距離下(xia)流場💛中心(xīn)速度和壓(ya)📞力損失⭕的(de)變化。

　　由圖(tú)8可以看出(chū),在變徑過(guò)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(ren)口速度的(de)3.1倍,但是從(cong)迹線圖中(zhōng)也可以看(kan)出當👉流體(tǐ)💋流過中心(xīn)位置時也(ye)産生了嚴(yán)重的回流(liú)現象,且壓(yā)✨力損失達(da)101318.05Pa。

　　由圖9與圖(tú)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(yu)進出口壓(yā)力都在減(jiǎn)小，且中心(xīn)點速.度随(sui)兩電極的(de)距離減小(xiao)的趨💋勢要(yào)大于進出(chu)口壓力減(jiǎn)小的趨勢(shi),進出口壓(ya)力🔴随兩電(diàn)極之間距(jù)離減小的(de)趨勢并不(bú)是一個簡(jiǎn)單的線性(xìng)關系。

5結束(shu)語
　　通過專(zhuan)業的流體(tǐ)分析軟件(jiàn)分析計算(suàn)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(bu)同參數對(dui)其流場動(dòng)力學特性(xing)的影響,分(fen)析計算表(biao)明異徑電(diàn)磁流量計(jì)流場在不(bu)同❤️的入口(kou)速度,以及(jí)不同的電(diàn)極之間的(de)距離對其(qi)流場的特(tè)性都有較(jiao)大的影響(xiǎng)，但是在低(dī)流速下異(yì)徑電磁流(liú)✨量計有利(lì)于⁉️提高計(ji)量精度和(he)準确性。
　　仿(páng)真計算結(jié)果也說明(míng)了異徑電(dian)磁流量計(ji)在實際生(shēng)産和使用(yong)中具有可(kě)行性,在低(di)流速下它(tā)比常規電(diàn)磁🌍流量⭐計(jì)更具有優(yōu)勢,在管道(dào)異徑位置(zhì)的設置🌂和(hé)距離上并(bìng)不一定存(cún)在一個⭕最(zuì)優的結果(guo),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(kuang)而定,以異(yì)徑管道的(de)選🔞取不能(neng)改變原有(yǒu)流場特性(xing)爲最基本(ben)📱原則。

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