摘要：利用專業(yè)的流場動力學(xue)計算分析軟件(jian),通過建立異徑(jing)管電磁流量計(ji) 流場的模型,計(ji)算分析異徑條(tiáo)件下電磁流量(liàng)計流場的動力(lì)學特性。計算研(yan)究表明:異徑條(tiao)件下流場的人(ren)口流速,電極之(zhī)間的距離對流(liu)場中心點的速(su)度,進出口壓力(li)損失都具有比(bǐ)較大的影響。通(tong)過研究分析不(bú)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(sù)下的計量精度(dù)和準确性具有(yǒu)--定的優勢。研究(jiū)分析結果對異(yì)徑條件下電磁(ci)流量計管道的(de)💃🏻優化和改進提(tí)供了一定😍的理(li)論依據和💋借鑒(jian)經驗。
0引言
　　電磁(cí)流量計是目前(qian)世界上應用比(bi)較廣泛的測量(liang)液體📞流量計之(zhī)一,因其測量精(jīng)度高、穩定性好(hao)廣泛應用于石(shi)油石化、化工、污(wū)水處理等各個(ge)行業。目前國内(nei)生産的電🛀🏻磁流(liu)量計管道都爲(wèi)均🐉勻的圓管。由(yóu)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(ji)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(cí)場和點電極的(de)電磁流量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻計的(de)流速和電磁流(liu)量計的🎯輸出信(xìn)号成一個正比(bi)的關系。就目前(qián)電磁流量計應(yīng)用的實際情況(kuang)來看，在低流速(su)下電磁流量計(ji)的測量精度和(hé)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(yì)徑管道對電磁(cí)流量計流場的(de)影響[4]。此外，Korsunskii等人(rén)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(ren)也分析研究了(le)不同🔴參數條件(jian)下異徑電磁流(liu)量計流場的特(tè)性61,因，此如何在(zài)低流速下提高(gao)電磁流量計的(de)測量精度和穩(wěn)定性一直以來(lai)都是電磁流量(liàng)計🈲改進和優化(hua)的一個重點。爲(wei)了适應電磁流(liú)量計在低流速(sù)、低💃🏻耗能下計量(liàng)的要求，電磁流(liu)量計研發✉️人員(yuan)從管道結📞構、電(diàn)磁激勵方式、電(diàn)路分布、電極形(xíng)狀等各🧑🏾‍🤝‍🧑🏼個方面(miàn)♋都進行了研究(jiū)和分析,并取得(dé)了--定的進展。
　　對(dui)于異徑管道的(de)電磁流量計,目(mu)前國内研究的(de)都比較少。異♌徑(jìng)管道下的電磁(ci)流量計主要指(zhǐ)通過改變普通(tōng)的圓管道,在實(shí)際計量時創造(zao)一個特殊的滿(man)管環境來提💚高(gāo)電磁流量計在(zài)低流速和不滿(mǎn)管情況下的測(ce)量精度和穩定(dìng)性。
1電磁流量計(jì)工作原理，
　　電磁(cí)流量計是一種(zhǒng)利用法拉第電(diàn)磁感應定律來(lai)♈檢測液體流🈲量(liang)的一種流量計(ji)。磁勵線圈将磁(ci)場通💘過電極施(shi)加給⁉️被測導電(dian)液體以後,被測(cè)導電液體切割(ge)磁感線産生感(gan)應電動勢,通過(guò)檢測感應電動(dong)勢并進行相應(ying)的信号處理實(shí)現對經過流量(liàng)計流量的檢測(ce)。
對于一般圓形(xing)管道的電磁流(liu)量計輸出的電(diàn)壓信号☂️爲:

式中(zhong):E爲電磁感應電(dian)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(shang)式可以寫成:

　　在(zài)建立電磁流量(liang)計這個基本方(fang)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(liu)體;
2)流體的電導(dao)率均勻,并且滿(mǎn)足Ohm定律;
3)充分發(fā)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(jī)本.上可以忽略(luè);
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(dong)勢與流體在流(liú)場中的平均流(liu)速和磁極之間(jian)的距離有關。在(zài)實際的使用情(qing)況中由于有時(shí)電磁☁️流量計的(de)工作環境比較(jiào)複雜,當流體流(liú)🐪速較低時,産生(sheng)🏒的感應電.動勢(shi)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(cí)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(suō)徑來提高流速(su),以此提高電磁(cí)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(ji)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(dian)磁流量計流場(chang)時定義一個距(ju)🔞離,即:D=D1–H1–H2;帶人式(1)即(jí)可得:

3流(liú)場計算分析
　　在(zai)分析中以DN80口徑(jing)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(zhǎn)流爲出口,分别(bié)讨論計算流速(su)爲0.1m/s、10m/s時流🐅，場流速(sù)、壓力等參數的(de)變化趨勢以及(jí)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(dù)矢量圖和壓力(li)雲圖的分布上(shàng)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(shuo)明☀️在低✌️流速下(xia)異徑電磁流量(liang)計具有🍓提高測(ce)量靈敏❗度和準(zhun)确性的優勢

　　由(yóu)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(xīn)點的速度約☂️爲(wei)入口速度的1.78倍(bèi),仍然在可以測(ce)量的範圍之内(nèi),其壓力損失也(ye)符合電磁流量(liàng)計檢定規程🛀🏻的(de)要求。由Z軸方上(shang)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(zai)這個方向上速(sù)度随位置的變(bian)化随着Z軸方向(xiang)的🌈延伸速度是(shì)-一個緩慢增☎️加(jia)的過程,到中心(xin)點(變徑的位置(zhì))時速度達到最(zuì)大🏃🏻,而後緩慢減(jiǎn)小,但是進出口(kou)的速度差不是(shì)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(dan)不是簡單的線(xiàn)性增長關系。因(yīn)此在實際的應(yīng)用中.應該合理(li)地選擇異徑電(diàn)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(yǐng)響
　　在計算和研(yán)究異徑電磁流(liu)量計兩電極之(zhī)間的距☁️離🧑🏽‍🤝‍🧑🏻和壓(ya)🌏力損失以及中(zhong)心點速度的關(guān)系時,以流場初(chu)始流速爲0.1m/s的條(tiao)件下分别計算(suàn)分析了不同距(ju)離下流場中心(xīn)速度和壓力損(sun)失的變化🏃🏻。

　　由圖(tu)8可以看出,在變(bian)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(xīn)位置時也産生(sheng)了嚴重的回流(liú)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(suí)兩電🔅極的距離(li)減小的趨勢要(yào)大于進出口壓(ya)力減小的趨勢(shì),進出口壓力随(suí)兩電極之間距(ju)離減小的趨勢(shi)并不是一個簡(jian)單的線性關系(xi)。

5結束語
　　通過專(zhuan)業的流體分析(xī)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(bú)同參數對其流(liu)場動力🍓學特性(xìng)的影響,分析計(jì)算表明異徑電(dian)磁流量♌計流場(chǎng)⭐在不同的入口(kǒu)✂️速度,以及不🏃🏻‍♂️同(tóng)的電極之間的(de)距離對其流場(chang)的特性都有較(jiào)大🏃‍♀️的影響，但是(shi)在低流速下異(yi)徑電磁流🈲量計(ji)有利于提高計(jì)量精🈲度和準确(que)性。
　　仿真計算結(jié)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(dian)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(bìng)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(guǎn)道的選取不能(neng)改變🛀原有流場(chang)特性爲最基本(ben)原則。

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