摘要：運(yun)用有限元軟(ruan)件ANSYS對電磁流(liu)量計中存在(zài)非導㊙️電物💘體(ti)建🌐立的仿真(zhēn)模型，研究了(le)不同内徑管(guǎn)道對電磁流(liú)量計敏❌感場(chang)響應特性的(de)影響，爲電磁(cí)流量計測量(liàng)兩相流時傳(chuán)感器電極⁉️尺(chi)寸設計提供(gong)一定的參考(kao)，也爲電磁流(liu)🏃‍♀️量計在一定(ding)管徑下兩相(xiàng)流測🥵量的誤(wù)差分⭐析提供(gòng)理論依據。
0引(yǐn)言
　　電磁流量(liang)計 是一種利(lì)用電磁感應(ying)原理進行測(cè)量的儀表。電(dian)磁流🏃🏻量計⛱️應(ying)用于多相流(liu)中時具有獨(dú)特的優點，如(ru)對流速分布(bù)不太敏感✨，管(guan)道中無阻礙(ai)流動的部件(jian)等［１］。近年來，在(zài)一些特殊領(ling)域中電磁流(liú)量🤞計逐步開(kai)始應用于多(duō)相流流速的(de)測量。許多學(xue)者對電磁流(liu)量計在多相(xiàng)流的測量問(wen)題上開始了(le)研究。張小章(zhāng)在簡化的二(er)維模型下分(fen)别求解了單(dan)個氣泡處于(yú)流量計管軸(zhou)㊙️線和橫✌️截面(mian)不🈲同位置時(shi)💋虛電流的分(fèn)布情況［２－３］，并對(duì)流體中含📞有(yǒu)一個氣泡時(shí)電磁流量計(ji)虛👄電流的三(sān)維特性進行(hang)了研究［４］；Jae.Euncha等運(yùn)用２個流量計(jì)來計算空隙(xì)率的大小［5］；王(wáng)月明等對電(dian)磁流量法測(cè)量油氣水多(duo)相流進行了(le)一系㊙️列的研(yan)究［６－９］。
　　本文運用(yong)有限元軟件(jiàn)ANSYS對電磁流量(liang)計中存在非(fēi)導電物🆚體👄建(jian)🙇🏻立仿真模型(xing)，在此模型下(xià)研究了流量(liang)計♉傳感器的(de)管直徑大小(xiǎo)與非導電物(wù)質大小變化(huà)對✂️流量計敏(mǐn)感場影響。研(yan)究結果可爲(wei)電磁流量計(jì)在一定管徑(jing)🥰下兩相流測(ce)量誤差提供(gòng)一定的分析(xī)依⭐據。
１敏感場(chang)靈敏度定義(yi)
　　當導電流體(ti)流過外加磁(ci)場時，作切割(gē)磁力線運動(dong)。根據法拉第(di)電磁感應定(dìng)律，通過測量(liang)感應電動勢(shì)的值來求出(chū)流體速度和(he)流量。這就是(shi)電磁流量計(jì)測量流量的(de)基本原理👣。當(dang)流體中出現(xiàn)非導電物質(zhi)時，會使感應(yīng)電動勢的分(fen)布發生變化(huà)。電磁流量計(jì)的基本方程(chéng)🌈：

　　式中：U爲兩極(ji)的電勢差；A爲(wèi)對空間積分(fen)；W爲矢量權函(han)數，它是🐆一個(gè)隻由電磁流(liú)量計本身結(jié)構決定的量(liàng)，其表達式爲(wèi)

　　虛電流是電(diàn)磁流量計理(lǐ)論中一個重(zhong)要的量。它決(jue)定着電磁流(liú)🥵量計測量區(qū)域權重函數(shu)分布情況［４］。也(ye)就決定着電(diàn)磁👅流量🔆計内(nèi)💋部敏感場分(fèn)布情況。
　　爲了(le)定量地考查(cha)電磁流量計(jì)内部非導電(dian)物質對電🍉磁(ci)🆚流量計敏感(gan)場的分布影(ying)響，定義ｃ爲敏(min)感場靈敏度(du)🛀，其定義如式(shi)（3）所示：

　　爲了清(qīng)晰地描述電(diàn)磁流量計中(zhong)流體中存在(zài)非導電物質(zhì)時，電磁流量(liang)計的響應特(tè)性情況，運用(yong)敏感場靈敏(mǐn)度🏃‍♂️ｃ來刻畫這(zhè)一響💚應結果(guǒ)。
２仿真模型及(jí)仿真實驗
２.１仿(pang)真模型
　　仿真(zhen)實驗是在ANSYS環(huán)境下進行的(de)，爲了考查電(dian)磁流量計傳(chuán)感器中不同(tóng)管徑大小對(dui)流量計存在(zai)非導電物質(zhi)流體響應✨特(tè)性影響💯情況(kuàng)。仿真模型爲(wei)垂直上升管(guǎn)，如圖１所示🔴，ＡＮＳＹＳ仿(pang)真模型中隻(zhi)對電磁流量(liàng)計中的流體(tǐ)進行建模，２個(ge)電極中心方(fang)向稱爲ｘ軸，２個(ge)電極相距爲(wèi)２R，流體中心軸(zhou)稱爲ｙ軸❗，ｘ軸與(yu)ｙ軸構成直角(jiǎo)坐标系✍️，兩軸(zhou)交彙點爲坐(zuò)标原點，設定(ding)仿真模型高(gao)度爲１0R（即ｙ軸是(shi)從－5R到5R），分别如(ru)圖１所示💋。電極(ji)兩端給一定(dìng)的電壓值，一(yi)定半徑的非(fēi)導電物質由(you)流體底✍️部進(jìn)入，沿着ｙ軸随(suí)着上升的流(liu)體向上運動(dòng)，仿真實驗對(duì)電磁流🌈量計(jì)中流體的虛(xu)電流進行考(kǎo)查，從ｙ軸－４.5R到４.5R每(mei)隔0.5R采集⭕１次仿(páng)真數據。通過(guò)分析，以獲得(dé)電磁流量計(jì)存在相☎️同半(bàn)徑非導電物(wu)質在不🔞同半(bàn)徑管道或不(bú)同電極大小(xiǎo)時對流量計(ji)響應特性影(yǐng)響情況。

２.２仿真實(shí)驗
　　仿真實驗(yàn)中，設定通過(guo)電磁流量計(ji)的非導電物(wù)質大小不變(biàn)💁，流量計内壁(bi)管徑的直徑(jing)設定爲0.8R，R，1.2R，1.4R，1.6R，流量(liang)計流體中設(shè)定半徑爲🈲0.1R的(de)非導電物質(zhi)通過電磁流(liú)量計的中心(xīn)軸，對電磁流(liu)量計中🆚流體(ti)的虛電流進(jìn)行🌈考查，以獲(huò)得流體中相(xiang)同大小非導(dao)電物質對不(bu)同半徑管道(dao)的電磁流量(liang)計敏感場影(ying)響情況。
　　爲了(le)節省篇幅，這(zhe)裏隻顯示其(qi)中一個實驗(yan)的部分仿真(zhen)圖，如圖２所示(shì)。從仿真結果(guo)可以發現不(bu)同管徑大小(xiao)對電磁流量(liàng)計的虛電流(liú)分布是有一(yi)定影響🌈的，但(dàn)這些分布🏃🏻性(xing)的仿真結果(guo)無法較✉️好地(di)在數值上給(gěi)予電極大小(xiǎo)與管徑變化(huà)對流量計☎️敏(mǐn)感場影🤞響大(da)小情況的說(shuō)明。下面将在(zai)仿真結果分(fen)析中通過敏(min)感場靈敏🧡度(du)ｃ對仿真數據(ju)分析。

３仿真結(jie)果分析
　　爲了(le)詳實地考查(cha)管直徑變化(huà)下對流量計(ji)敏感場🔞靈💃敏(mǐn)度👄影響🏒，運用(yòng)敏感場靈敏(mǐn)度ｃ分别對每(mei)個仿真實驗(yan)進行分析并(bing)對比實驗結(jie)果。
　　圖３爲不同(tóng)大小内徑管(guǎn)道與流量計(ji)敏感場靈敏(mǐn)度關系圖，橫(heng)軸表示非導(dao)電物質在電(diàn)磁流量計ｙ軸(zhou)的㊙️位置，縱軸(zhóu)爲敏感場靈(líng)敏度ｃ，圖中各(gè)條線分别代(dai)表了不同測(ce)量管徑大小(xiao)時非導電物(wù)質在不同位(wèi)置時敏感場(chang)靈敏度ｃ的㊙️變(bian)化情況。
　　對于(yu)半徑一定的(de)（本例爲0.1R）非導(dao)電物質，管道(dao)半徑越大🌏，在(zài)電極（ｙ軸⛱️坐标(biao)原點）附近非(fei)導電物質對(duì)電磁流量計(jì)的敏感場靈(líng)敏👌度ｃ的響應(yīng)特性就越小(xiǎo)，仿真實驗也(ye)可以說明，當(dang)電磁流量計(jì)管道半徑變(bian)小時，非🔞導電(dian)物質對電磁(cí)流量計的敏(mǐn)感場靈敏💛度(dù)影響在電極(jí)（ｙ軸坐标原點(dian)）附近變化是(shì)比較快的；流(liú)量計管😄道半(bàn)徑變大💔時，非(fei)導電物質對(duì)電磁流量計(jì)的敏感場靈(líng)敏度影響在(zài)電極附近變(biàn)化變得緩慢(màn)。仿真實驗可(kě)得出：在電磁(ci)流🆚量計電極(jí)一定時，根據(jù)測量流體中(zhong)非導電物質(zhi)的大小以及(jí)電磁流量計(ji)管🏃🏻‍♂️道半徑可(ke)以估計出該(gāi)電磁流量計(ji)的兩相流測(cè)量精度🙇‍♀️（敏感(gan)場靈敏度響(xiǎng)應情況），爲測(cè)量兩相流的(de)電磁流量計(jì)傳感器誤差(cha)分析提供一(yi)定分析依據(jù)。

４結束語
　　本文(wén)運用有限元(yuan)軟件對流體(ti)中含有非導(dao)電物質時對(dui)電磁流量計(ji)敏感場響應(yīng)特性進行建(jian)模仿真，通過(guò)模型分析了(le)流量計管道(dào)内徑大小與(yǔ)流量計的敏(mǐn)感場靈敏度(du)響應✍️特性的(de)關系。研✍️究結(jié)果爲一定管(guǎn)徑下電磁流(liú)量🔴計兩相流(liú)測量的誤差(cha)分析提供一(yī)定的理論依(yi)據。

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