摘要：運用(yòng)有限元軟(ruan)件ANSYS對電磁(cí)流量計中(zhōng)存在非導(dao)電物體建(jian)立的仿真(zhen)模型，研究(jiu)了不同内(nèi)徑管道對(duì)電磁流量(liang)計敏感場(chǎng)響應特性(xing)的影響，爲(wei)電磁流量(liang)💔計測量兩(liang)相流時傳(chuan)感器電極(jí)🔞尺寸設計(jì)提供一定(ding)👄的參考，也(yě)爲電磁流(liú)量計在一(yī)定管徑下(xià)兩相流測(ce)😍量的誤差(chà)分析提供(gong)理論📐依據(jù)。
0引言
　　電磁(cí)流量計 是(shi)一種利用(yong)電磁感應(ying)原理進行(háng)測量的儀(yí)表。電磁流(liu)量計💞應用(yong)于多相流(liú)中時具有(you)獨特的優(you)點，如對流(liu)速分布不(bu)太敏感，管(guan)道中無阻(zu)礙流動的(de)部件等🎯［１］。近(jìn)年來，在一(yī)些特殊領(ling)域中電磁(ci)流量計逐(zhú)步開始應(ying)用于多相(xiàng)流流速的(de)測量。許多(duō)學者對電(diàn)磁流量♋計(jì)在多相流(liú)的測量問(wen)題上開始(shǐ)了研究。張(zhāng)小章在簡(jian)化的二維(wéi)模🙇🏻型下分(fèn)别求解👄了(le)單個氣泡(pao)處于流量(liang)計管軸📐線(xian)和橫🐉截面(miàn)不同位置(zhì)時虛電流(liu)的分布✨情(qing)🎯況［２－３］，并對流(liu)體中含有(yǒu)一個氣泡(pao)時電磁流(liu)量計虛電(diàn)流的三維(wei)特性進行(hang)了研究🐪［４］；Jae.Euncha等(děng)運用２個流(liu)量計來計(ji)算空隙率(lǜ)的大小［5］；王(wáng)月♌明等對(dui)電磁流量(liàng)法測量油(yóu)氣水多相(xiang)👈流進行了(le)一系列的(de)研究［６－９］。
　　本文(wén)運用有限(xian)元軟件ANSYS對(duì)電磁流量(liang)計中存在(zài)非導電物(wu)體建立🤞仿(pang)真模型，在(zài)此模型下(xià)研究了流(liú)量計傳感(gǎn)器的管直(zhi)徑大小與(yǔ)非導電物(wu)質大小變(biàn)化對流量(liàng)計敏感場(chǎng)🔞影響。研究(jiu)結果🥵可爲(wèi)電😘磁流量(liàng)計在一定(ding)管徑🤞下兩(liǎng)相流測量(liàng)誤差🌈提供(gòng)一定的分(fèn)析依🈲據。
１敏(min)感場靈敏(mǐn)度定義
　　當(dang)導電流體(tǐ)流過外加(jia)磁場時，作(zuò)切割磁力(lì)線運動。根(gēn)🏃據法拉第(dì)電磁感應(yīng)定律，通過(guò)測量感應(ying)電動勢的(de)值來求出(chu)流體速度(dù)和流量。這(zhe)就是電磁(ci)流量計😍測(cè)量流量的(de)基本原理(lǐ)。當流體💋中(zhong)出現非導(dao)電物質時(shi)，會使感應(ying)電動勢的(de)分布發生(shēng)變化。電磁(ci)流量計的(de)基本方程(chéng)：

　　式中：U爲兩(liang)極的電勢(shì)差；A爲對空(kōng)間積分；W爲(wèi)矢量權函(hán)數，它是✂️一(yi)個隻由電(diàn)磁流量計(jì)本身結構(gòu)決定的量(liang)💋，其表達式(shì)爲

　　虛電流(liu)是電磁流(liu)量計理論(lun)中一個重(zhòng)要的量。它(ta)決定着電(dian)磁流量計(ji)測量區域(yu)權重函數(shu)分布情況(kuang)［４］。也就決定(ding)着電磁流(liu)量計内部(bù)敏感場分(fèn)布情況。
　　爲(wèi)了定量地(dì)考查電磁(cí)流量計内(nèi)部非導電(diàn)物質對電(dian)磁流量計(ji)敏感場的(de)分布影響(xiang)，定義ｃ爲敏(mǐn)感場靈敏(min)度🌈，其定義(yi)如式（3）所示(shi)：

　　爲了清晰(xī)地描述電(diàn)磁流量計(jì)中流體中(zhōng)存在非導(dǎo)電物👉質時(shi)，電🧑🏾‍🤝‍🧑🏼磁流量(liang)計的響應(yīng)特性情況(kuang)，運用敏感(gan)場靈敏度(dù)ｃ來刻畫這(zhe)一響應結(jie)果。
２仿真模(mó)型及仿真(zhēn)實驗
２.１仿真(zhen)模型
　　仿真(zhen)實驗是在(zài)ANSYS環境下進(jìn)行的，爲了(le)考查電磁(ci)流量計傳(chuán)感器中不(bu)同管徑大(dà)小對流量(liang)計存在非(fēi)導電物質(zhì)流體🏃🏻響應(yīng)特性影響(xiǎng)情況。仿真(zhēn)模型爲垂(chui)直上升管(guan)，如圖１所示(shi)，ＡＮＳＹＳ仿真模型(xíng)中隻對電(dian)磁流量計(ji)中的流體(ti)進行建模(mo)，２個電極中(zhōng)心方向稱(cheng)爲ｘ軸，２個電(dian)極相👣距爲(wèi)２R，流體中心(xīn)軸稱爲ｙ軸(zhóu)，ｘ軸與ｙ軸構(gou)成直角坐(zuo)标系，兩軸(zhou)交彙點爲(wei)坐标原點(dian)，設定仿真(zhēn)模型高度(du)爲１0R（即ｙ軸是(shi)從－5R到5R），分别(bié)如圖１所示(shì)⚽。電極兩端(duān)給一定的(de)電壓值，一(yī)定半徑的(de)非導♋電物(wu)質由流體(ti)底部進入(ru)，沿着ｙ軸随(sui)着上升的(de)流體向上(shàng)運動，仿真(zhen)實驗對電(dian)⛱️磁流量計(jì)中流體的(de)虛電流進(jin)🔞行考查，從(cong)ｙ軸－４.5R到４.5R每隔(gé)0.5R采集１次仿(pang)真數據。通(tong)過分析，以(yi)獲得電磁(ci)流量計存(cún)在相同半(ban)徑非導電(diàn)物質在不(bú)同半徑💃管(guǎn)道或不同(tong)電極大小(xiǎo)時對流量(liang)計響應特(te)性影響情(qíng)況。

２.２仿真(zhen)實驗
　　仿真(zhēn)實驗中，設(shè)定通過電(dian)磁流量計(ji)的非導電(dian)物質大小(xiǎo)不變，流量(liang)計内壁管(guǎn)徑的直徑(jing)設定爲0.8R，R，1.2R，1.4R，1.6R，流(liú)量計流體(ti)中設定半(bàn)徑爲0.1R的非(fei)導電物質(zhi)通過電磁(cí)流量計的(de)中心軸，對(duì)電磁流量(liang)計中流體(tǐ)的虛電流(liu)進行考查(cha)，以獲得流(liú)體中✌️相同(tong)大小非導(dao)電物質對(duì)不同☎️半徑(jing)管道的電(dian)磁流量計(ji)敏感場影(yǐng)響情況。
　　爲(wei)了節省篇(pian)幅，這裏隻(zhī)顯示其中(zhong)一個實驗(yan)的部分仿(pang)真圖，如圖(tu)２所示。從仿(páng)真結果可(kě)以發現不(bu)同管徑㊙️大(da)小對電磁(ci)流量計的(de)虛電流分(fèn)布是有一(yī)定影響的(de)，但這些分(fèn)布性的仿(páng)㊙️真結果無(wú)法較好地(dì)在數值上(shàng)給予電♋極(jí)大小與管(guǎn)徑變化對(dui)流量計敏(min)感場影🥵響(xiang)大小情況(kuang)的說明。下(xià)面将在仿(páng)真結果分(fen)析中通🎯過(guo)敏感場靈(ling)敏度ｃ對仿(páng)真數據📱分(fen)析。

３仿真結果(guǒ)分析
　　爲了(le)詳實地考(kǎo)查管直徑(jìng)變化下對(duì)流量計敏(mǐn)感場靈🈲敏(min)度影響，運(yun)用敏感場(chang)靈敏度ｃ分(fèn)别對每個(ge)仿真實驗(yan)進行分析(xī)💘并對比實(shí)驗結果。
　　圖(tú)３爲不同大(dà)小内徑管(guǎn)道與流量(liang)計敏感場(chǎng)靈敏度關(guān)❓系圖，橫軸(zhou)表示非導(dao)電物質在(zài)電磁流量(liang)計ｙ軸的🏃🏻位(wèi)置，縱軸爲(wèi)敏感場靈(ling)敏🌂度ｃ，圖中(zhong)各條線分(fèn)别代表了(le)不同測量(liang)管徑大小(xiǎo)時非導電(dian)物質在不(bú)同位置時(shí)敏感場靈(ling)敏度ｃ的變(bian)化情況。
　　對(duì)于半徑一(yī)定的（本例(li)爲0.1R）非導電(diàn)物質，管道(dào)半徑越大(da)♉，在電✉️極（ｙ軸(zhou)坐标原點(diǎn)）附近非導(dao)電物質對(dui)電磁流量(liàng)計的敏感(gan)場靈敏度(du)ｃ的響應特(tè)性就越小(xiǎo)，仿真實驗(yan)也可以說(shuō)明，當電磁(cí)流量計管(guǎn)道半徑變(bian)小時，非導(dao)電物質對(dui)電磁流✍️量(liàng)計的敏感(gǎn)場靈敏👈度(dù)影響在電(dian)極（ｙ軸坐标(biao)原點）附近(jin)變化是比(bi)較快的；流(liú)量計管道(dào)半徑變大(dà)⭐時🐇，非導電(dian)物質對👄電(diàn)磁流量計(ji)的敏感場(chǎng)靈敏度影(yǐng)響在電極(ji)附近變化(hua)變得緩慢(man)。仿真實驗(yan)可得出：在(zài)電磁流量(liang)計電極一(yī)定時，根據(jù)測量流☎️體(tǐ)中非導☁️電(dian)物質的大(da)小以及電(dian)磁流量計(ji)管道半☂️徑(jìng)可以估計(ji)出該🛀🏻電磁(cí)流量計的(de)兩相流測(cè)量精度（敏(mǐn)感場靈敏(mǐn)度響應情(qing)況），爲測量(liàng)兩相流的(de)電磁流量(liàng)計傳感器(qi)誤差分析(xi)提供一定(ding)分析依據(ju)。

４結束語
　　本(ben)文運用有(yǒu)限元軟件(jiàn)對流體中(zhōng)含有非導(dǎo)電物質時(shí)對電☂️磁✨流(liú)量計敏感(gan)場響應特(te)性進行建(jian)模仿真，通(tōng)過模型分(fen)析🙇🏻了流量(liang)計管道内(nei)徑大小與(yǔ)流量計的(de)敏感場靈(ling)敏度響應(ying)特性的關(guan)系。研究結(jié)果爲一定(ding)管徑下電(diàn)磁流量計(ji)兩相流測(ce)量的誤差(cha)分析提🙇🏻供(gong)一定的理(lǐ)論依據。

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