摘(zhai)要：運(yun)用有(you)限元(yuan)軟件(jian)ANSYS對電(dian)磁流(liu)量計(ji)中存(cun)在非(fei)導電(dian)💃物🐕體(ti)建立(li)🥵的仿(pang)真模(mo)型，研(yan)究了(le)不同(tong)内徑(jing)管道(dao)對電(dian)磁流(liu)量計(ji)敏感(gan)場響(xiang)應特(te)性的(de)影響(xiang)，爲電(dian)磁流(liu)量計(ji)測量(liang)🤞兩相(xiang)流時(shi)傳感(gan)器電(dian)極尺(chi)寸設(she)‼️計提(ti)供一(yi)定的(de)參考(kao)，也爲(wei)電磁(ci)流量(liang)計在(zai)一定(ding)管徑(jing)下兩(liang)相流(liu)測量(liang)的誤(wu)差分(fen)析提(ti)供理(li)論依(yi)據。
0引(yin)言
　　電(dian)磁流(liu)量計(ji) 是一(yi)種利(li)用電(dian)磁感(gan)應原(yuan)理進(jin)行測(ce)量的(de)儀表(biao)。電磁(ci)流量(liang)計應(ying)用于(yu)多相(xiang)流中(zhong)時具(ju)有獨(du)特的(de)優點(dian)，如對(dui)流速(su)分布(bu)不太(tai)敏感(gan)，管道(dao)中無(wu)阻礙(ai)流動(dong)的部(bu)件等(deng)［１］。近年(nian)來，在(zai)一些(xie)特殊(shu)領🥰域(yu)中電(dian)磁流(liu)量計(ji)逐步(bu)開始(shi)應用(yong)于多(duo)相流(liu)流速(su)💃🏻的測(ce)量。許(xu)✉️多學(xue)者對(dui)電磁(ci)流量(liang)㊙️計在(zai)多相(xiang)流的(de)測量(liang)問題(ti)⚽上開(kai)始了(le)研究(jiu)。張小(xiao)章在(zai)簡化(hua)的二(er)維模(mo)型下(xia)分别(bie)求解(jie)了單(dan)個氣(qi)泡處(chu)🎯于流(liu)☀️量計(ji)管軸(zhou)📞線和(he)橫截(jie)面不(bu)同位(wei)置時(shi)虛電(dian)流的(de)分布(bu)情況(kuang)［２－３］，并對(dui)流體(ti)中含(han)🌈有一(yi)個氣(qi)泡時(shi)電磁(ci)流量(liang)計虛(xu)💔電流(liu)的三(san)維特(te)性進(jin)行了(le)研究(jiu)［４］；Jae.Euncha等運(yun)用２個(ge)流量(liang)計來(lai)計算(suan)空隙(xi)率的(de)大小(xiao)［5］；王月(yue)明等(deng)對電(dian)磁流(liu)量法(fa)測量(liang)油氣(qi)水多(duo)相流(liu)進行(hang)了一(yi)系列(lie)的研(yan)究［６－９］。
　　本(ben)文運(yun)用有(you)限元(yuan)軟件(jian)ANSYS對電(dian)磁流(liu)量計(ji)中存(cun)在非(fei)導電(dian)物體(ti)💃建立(li)仿真(zhen)模型(xing)，在此(ci)模型(xing)下研(yan)究了(le)流量(liang)計傳(chuan)感器(qi)的💞管(guan)直徑(jing)大✔️小(xiao)與非(fei)導電(dian)物質(zhi)大小(xiao)變化(hua)對♉流(liu)量計(ji)敏感(gan)場影(ying)響。研(yan)究結(jie)果可(ke)爲電(dian)㊙️磁流(liu)量計(ji)在一(yi)定管(guan)徑㊙️下(xia)兩相(xiang)流測(ce)量誤(wu)差提(ti)供一(yi)定🍓的(de)分析(xi)依據(ju)。
１敏感(gan)場靈(ling)敏度(du)定義(yi)
　　當導(dao)電流(liu)體流(liu)過外(wai)加磁(ci)場時(shi)，作切(qie)割磁(ci)力線(xian)運動(dong)。根據(ju)法拉(la)第電(dian)磁感(gan)應定(ding)律，通(tong)過測(ce)量感(gan)應電(dian)動勢(shi)的值(zhi)來求(qiu)出流(liu)⛱️體速(su)度和(he)流量(liang)。這就(jiu)是電(dian)磁流(liu)量計(ji)測量(liang)流🐕量(liang)的基(ji)本原(yuan)理。當(dang)流體(ti)中出(chu)現非(fei)導電(dian)物質(zhi)時，會(hui)使感(gan)😍應電(dian)動勢(shi)的分(fen)布發(fa)生變(bian)化。電(dian)磁流(liu)量計(ji)的基(ji)本方(fang)程：

　　式(shi)中：U爲(wei)兩極(ji)的電(dian)勢差(cha)；A爲對(dui)空間(jian)積分(fen)；W爲矢(shi)量權(quan)函數(shu)，它是(shi)一🏒個(ge)隻由(you)電磁(ci)流量(liang)計本(ben)身結(jie)構決(jue)定的(de)量，其(qi)表達(da)式爲(wei)

　　虛電(dian)流是(shi)電磁(ci)流量(liang)計理(li)論中(zhong)一個(ge)重要(yao)的量(liang)。它決(jue)定💯着(zhe)電磁(ci)流量(liang)計測(ce)量區(qu)域權(quan)重函(han)數分(fen)布情(qing)況［４］。也(ye)就決(jue)定着(zhe)電磁(ci)流量(liang)❤️計内(nei)部敏(min)感場(chang)分布(bu)情況(kuang)。
　　爲了(le)定量(liang)地考(kao)查電(dian)磁流(liu)量計(ji)内部(bu)非導(dao)電物(wu)質對(dui)⛷️電磁(ci)流量(liang)計敏(min)感場(chang)的分(fen)布影(ying)響，定(ding)義ｃ爲(wei)敏感(gan)場靈(ling)敏度(du)🐪，其定(ding)義如(ru)式（3）所(suo)示：

　　爲(wei)了清(qing)晰地(di)描述(shu)電磁(ci)流量(liang)計中(zhong)流體(ti)中存(cun)在非(fei)導電(dian)🤩物質(zhi)時，電(dian)磁流(liu)量計(ji)的響(xiang)應特(te)性情(qing)況，運(yun)用敏(min)感場(chang)靈敏(min)度ｃ來(lai)刻畫(hua)這一(yi)響應(ying)結果(guo)。
２仿真(zhen)模型(xing)及仿(pang)真實(shi)驗
２.１仿(pang)真模(mo)型
　　仿(pang)真實(shi)驗是(shi)在ANSYS環(huan)境下(xia)進行(hang)的，爲(wei)了考(kao)查電(dian)磁流(liu)量🔴計(ji)🔞傳感(gan)器中(zhong)不同(tong)管徑(jing)大小(xiao)對流(liu)量計(ji)存在(zai)非導(dao)電物(wu)質流(liu)體🈲響(xiang)應特(te)性影(ying)響情(qing)況。仿(pang)真模(mo)型爲(wei)垂直(zhi)上升(sheng)管，如(ru)圖１所(suo)示，ＡＮＳＹＳ仿(pang)真模(mo)型中(zhong)隻對(dui)電磁(ci)流量(liang)計中(zhong)的流(liu)體進(jin)行建(jian)模，２個(ge)電極(ji)中心(xin)方向(xiang)稱爲(wei)ｘ軸，２個(ge)電極(ji)相✨距(ju)爲２R，流(liu)體中(zhong)心軸(zhou)稱爲(wei)ｙ軸，ｘ軸(zhou)與ｙ軸(zhou)構成(cheng)直角(jiao)坐标(biao)系♋，兩(liang)軸交(jiao)彙點(dian)爲坐(zuo)标原(yuan)點，設(she)定仿(pang)真模(mo)型高(gao)度爲(wei)１0R（即ｙ軸(zhou)是從(cong)－5R到⛹🏻‍♀️5R），分(fen)别如(ru)🚩圖１所(suo)示。電(dian)極兩(liang)端給(gei)一定(ding)的電(dian)壓值(zhi)⛱️，一定(ding)半徑(jing)的非(fei)導🏃‍♂️電(dian)物質(zhi)由流(liu)體底(di)部🔞進(jin)入，沿(yan)着ｙ軸(zhou)随着(zhe)上升(sheng)的流(liu)體向(xiang)上運(yun)動🍓，仿(pang)真實(shi)驗對(dui)電磁(ci)流🏃🏻‍♂️量(liang)計中(zhong)流體(ti)的虛(xu)電流(liu)進行(hang)考查(cha)，從ｙ軸(zhou)－４.5R到🤟４.5R每(mei)隔0.5R采(cai)集💃🏻１次(ci)仿真(zhen)數據(ju)。通過(guo)分析(xi)，以🌈獲(huo)得電(dian)磁流(liu)量計(ji)存在(zai)相🚶‍♀️同(tong)半徑(jing)非導(dao)電物(wu)質在(zai)不同(tong)半徑(jing)管道(dao)或不(bu)同電(dian)極大(da)小時(shi)對流(liu)量計(ji)響應(ying)特性(xing)影響(xiang)🤩情況(kuang)。

２.２仿(pang)真實(shi)驗
　　仿(pang)真實(shi)驗中(zhong)，設定(ding)通過(guo)電磁(ci)流量(liang)計的(de)非導(dao)電物(wu)質大(da)小不(bu)☎️變，流(liu)量計(ji)内壁(bi)管徑(jing)的直(zhi)徑設(she)定爲(wei)0.8R，R，1.2R，1.4R，1.6R，流量(liang)計流(liu)體中(zhong)設定(ding)半徑(jing)爲0.1R的(de)非導(dao)電物(wu)質通(tong)過電(dian)磁流(liu)量計(ji)的中(zhong)心軸(zhou)，對電(dian)磁流(liu)量計(ji)中流(liu)體的(de)虛電(dian)流進(jin)行考(kao)查，以(yi)獲得(de)流體(ti)中相(xiang)同大(da)小🔞非(fei)導電(dian)物🍉質(zhi)對不(bu)同半(ban)徑管(guan)道的(de)電磁(ci)流量(liang)計🛀敏(min)感場(chang)影響(xiang)情況(kuang)。
　　爲了(le)節省(sheng)篇幅(fu)，這裏(li)隻顯(xian)示其(qi)中一(yi)個實(shi)驗的(de)部分(fen)仿真(zhen)圖，如(ru)圖２所(suo)示。從(cong)仿真(zhen)結果(guo)可以(yi)發現(xian)不同(tong)管徑(jing)大小(xiao)對電(dian)磁流(liu)量計(ji)🌂的虛(xu)電流(liu)分布(bu)是有(you)一定(ding)影響(xiang)的，但(dan)這些(xie)分布(bu)性的(de)仿真(zhen)結果(guo)無法(fa)較好(hao)地在(zai)數值(zhi)上給(gei)予電(dian)極大(da)小與(yu)管徑(jing)變化(hua)對流(liu)量計(ji)敏感(gan)場影(ying)響大(da)小情(qing)況的(de)說明(ming)。下面(mian)将在(zai)仿真(zhen)結果(guo)分析(xi)中通(tong)過敏(min)感場(chang)靈敏(min)度ｃ對(dui)仿真(zhen)數據(ju)分析(xi)。

３仿(pang)真結(jie)果分(fen)析
　　爲(wei)了詳(xiang)實地(di)考查(cha)管直(zhi)徑變(bian)化下(xia)對流(liu)量計(ji)敏感(gan)場靈(ling)敏度(du)影響(xiang)🏃‍♀️，運用(yong)敏感(gan)場靈(ling)敏度(du)ｃ分别(bie)對每(mei)個仿(pang)真實(shi)驗進(jin)行分(fen)析🌐并(bing)對比(bi)實驗(yan)結果(guo)。
　　圖３爲(wei)不同(tong)大小(xiao)内徑(jing)管道(dao)與流(liu)量計(ji)敏感(gan)場靈(ling)敏度(du)關系(xi)圖，橫(heng)軸表(biao)示非(fei)導電(dian)物質(zhi)在電(dian)磁流(liu)量計(ji)ｙ軸的(de)位置(zhi)，縱軸(zhou)爲敏(min)感場(chang)靈敏(min)度ｃ，圖(tu)中各(ge)條線(xian)分别(bie)代表(biao)了不(bu)同測(ce)量管(guan)徑大(da)小時(shi)非導(dao)電物(wu)質在(zai)不同(tong)位置(zhi)時敏(min)感場(chang)靈敏(min)度ｃ的(de)變化(hua)情況(kuang)💃🏻。
　　對于(yu)半徑(jing)一定(ding)的（本(ben)例爲(wei)0.1R）非導(dao)電物(wu)質，管(guan)道半(ban)徑越(yue)大，在(zai)電極(ji)（ｙ軸坐(zuo)标原(yuan)點）附(fu)近非(fei)導電(dian)物質(zhi)對電(dian)磁流(liu)量計(ji)🧡的敏(min)感場(chang)靈敏(min)🌍度ｃ的(de)🏃‍♀️響應(ying)特性(xing)就越(yue)小，仿(pang)真實(shi)驗也(ye)可以(yi)說明(ming)🌈，當電(dian)磁🏃流(liu)量計(ji)管道(dao)半徑(jing)變小(xiao)時，非(fei)導電(dian)物質(zhi)對電(dian)磁流(liu)量計(ji)的敏(min)感場(chang)靈敏(min)度影(ying)響在(zai)⚽電極(ji)（ｙ軸坐(zuo)标原(yuan)點）附(fu)近變(bian)化是(shi)比較(jiao)快的(de)；流量(liang)計管(guan)道半(ban)徑變(bian)大時(shi)，非導(dao)電物(wu)質對(dui)電磁(ci)流量(liang)計的(de)敏感(gan)場靈(ling)敏度(du)影響(xiang)在電(dian)極附(fu)♍近變(bian)化變(bian)得緩(huan)慢。仿(pang)真實(shi)驗可(ke)得出(chu)：在電(dian)磁流(liu)量計(ji)電極(ji)一定(ding)時，根(gen)🈲據測(ce)量流(liu)體中(zhong)非導(dao)⚽電物(wu)質的(de)大小(xiao)以及(ji)電磁(ci)流量(liang)計管(guan)道半(ban)💯徑可(ke)以估(gu)計出(chu)該電(dian)磁流(liu)量計(ji)的兩(liang)相流(liu)測量(liang)精度(du)🏃🏻‍♂️（敏感(gan)場靈(ling)敏📐度(du)響應(ying)情況(kuang)），爲測(ce)量兩(liang)相流(liu)的電(dian)磁流(liu)量計(ji)傳感(gan)器誤(wu)差分(fen)析提(ti)供一(yi)🌏定分(fen)析依(yi)據。

４結(jie)束語(yu)
　　本文(wen)運用(yong)有限(xian)元軟(ruan)件對(dui)流體(ti)中含(han)有非(fei)導電(dian)物質(zhi)時對(dui)😘電磁(ci)流量(liang)計敏(min)感場(chang)響應(ying)特性(xing)進行(hang)建模(mo)仿真(zhen)，通過(guo)模型(xing)分析(xi)了流(liu)量計(ji)管道(dao)内徑(jing)大小(xiao)與流(liu)量計(ji)的敏(min)感場(chang)靈敏(min)度響(xiang)應特(te)性的(de)☂️關系(xi)。研究(jiu)結果(guo)爲一(yi)定管(guan)徑下(xia)🐅電磁(ci)流量(liang)計兩(liang)相流(liu)測量(liang)的誤(wu)差分(fen)析提(ti)供一(yi)定的(de)理論(lun)依據(ju)。

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