摘要：運(yùn)用有(yǒu)限元(yuán)軟件ansys對電(diàn)磁流量計中存(cún)在非導電(diàn)物體(tǐ)建立的仿(páng)真模(mó)型，研(yán)究了不同(tóng)内徑管道對電(diàn)磁流量(liàng)計(jì)敏感(gǎn)場響應特性的(de)影響，爲(wèi)電磁流(liú)量計測(cè)量(liàng)兩相流時傳感(gǎn)器電(diàn)極尺寸設計(jì)提(tí)供一(yī)定(dìng)的參考(kǎo)，也爲電(diàn)磁流量(liàng)計在(zài)一定管徑(jìng)下兩相流測量(liàng)的誤差分析提供理論依(yī)據。
0引(yǐn)言
　　電磁流量計(jì) 是一種(zhǒng)利用電(diàn)磁感應(yīng)原理進(jìn)行測(cè)量的儀(yí)表。電磁(cí)流量計應(yīng)用于(yú)多相(xiàng)流中(zhōng)時具有獨(dú)特的(de)優點，如對流速(sù)分布(bù)不太敏感(gǎn)，管道中無阻礙流動的(de)部(bù)件等(děng)［１］。近年來，在一些(xiē)特殊領(lǐng)域中電(diàn)磁流(liú)量計(jì)逐步開始應用(yòng)于多(duō)相流流(liú)速(sù)的測(cè)量。許多學者對(duì)電磁流量(liàng)計在(zài)多相流的測量(liàng)問題上(shàng)開(kāi)始了研究。張小章在(zài)簡化的二(èr)維模(mó)型下分别求解(jiě)了單個氣泡處(chù)于流量計(jì)管軸線和橫截面不同位(wèi)置時虛電流的分布情況(kuàng)［２－３］，并對流體中含(hán)有一個氣(qì)泡時(shí)電磁流量(liàng)計虛電流的三維特(tè)性進行了(le)研究(jiū)［４］；jae.euncha等運用２個流量(liàng)計來計算空隙(xì)率的大小［5］；王月(yuè)明等(děng)對電磁流(liú)量法測量(liàng)油氣水多相流進行(háng)了一系列(liè)的研(yán)究［６－９］。
　　本(běn)文(wén)運用有(yǒu)限元(yuán)軟件(jiàn)ansys對電(diàn)磁流量計中存(cún)在非導電(diàn)物體建立(lì)仿真模型，在此(cǐ)模型下研究了(le)流量計傳(chuán)感(gǎn)器的管直徑(jìng)大小(xiǎo)與(yǔ)非導電(diàn)物質大(dà)小(xiǎo)變化(huà)對流量(liàng)計敏感(gǎn)場影響。研(yán)究結(jié)果可爲電磁流(liú)量計在一定管(guǎn)徑下兩相(xiàng)流測(cè)量誤差(chà)提供一定的(de)分析(xī)依據(jù)。
１敏感場(chǎng)靈(líng)敏度定義
　　當(dāng)導(dǎo)電(diàn)流(liú)體流(liú)過外加磁(cí)場時，作(zuò)切割磁(cí)力線運(yùn)動(dòng)。根據法(fǎ)拉(lā)第電磁感(gǎn)應定律，通過(guò)測量感應電動勢的值來求(qiú)出流體速(sù)度和流量(liàng)。這就是電磁流(liú)量計測量流(liú)量(liàng)的基本(běn)原(yuán)理。當(dāng)流體(tǐ)中出現非導電物質(zhì)時，會使感應電動勢(shì)的分布發生(shēng)變(biàn)化。電磁流量計的基(jī)本方程：

　　式(shì)中：u爲兩極的電勢差；a爲對空間(jiān)積分(fèn)；w爲矢量權函數(shù)，它是(shì)一個(gè)隻由電磁流量(liàng)計本(běn)身結構決(jué)定的(de)量，其(qí)表達(dá)式爲

　　虛電流是(shì)電磁流量(liàng)計理(lǐ)論中一個(gè)重要的量(liàng)。它決定着(zhe)電(diàn)磁(cí)流(liú)量(liàng)計測(cè)量區域(yù)權重(zhòng)函(hán)數分布情況［４］。也(yě)就決定着(zhe)電磁(cí)流量計内部敏(mǐn)感場分布情況(kuàng)。
　　爲了(le)定量地考(kǎo)查電磁流(liú)量計内部非導(dǎo)電物質對電磁流量計敏感場(chǎng)的分布影響，定義ｃ爲(wèi)敏感場(chǎng)靈(líng)敏度(dù)，其定(dìng)義(yì)如式（3）所示：

　　爲了清(qīng)晰地(dì)描(miáo)述(shù)電磁(cí)流量(liàng)計中流體中存(cún)在非導電(diàn)物質時，電磁(cí)流(liú)量計的響(xiǎng)應特性情況(kuàng)，運用(yòng)敏(mǐn)感場(chǎng)靈敏(mǐn)度ｃ來刻畫(huà)這一響(xiǎng)應(yīng)結果(guǒ)。
２仿真(zhēn)模(mó)型(xíng)及仿(páng)真實(shí)驗
２.１仿真模(mó)型
　　仿(páng)真實驗是(shì)在ansys環境下進行的，爲(wèi)了考查電(diàn)磁流(liú)量(liàng)計(jì)傳感(gǎn)器中不同管徑(jìng)大小對(duì)流量計存在非(fēi)導電物(wù)質流(liú)體響(xiǎng)應特(tè)性影響情況。仿真模型爲(wèi)垂直(zhí)上升管，如(rú)圖１所(suǒ)示，ＡＮＳＹＳ仿真模(mó)型中隻對電磁(cí)流量(liàng)計中的流體進(jìn)行建(jiàn)模，２個電極(jí)中心(xīn)方向稱爲(wèi)ｘ軸，２個電極相距(jù)爲２r，流體中(zhōng)心軸(zhóu)稱爲(wèi)ｙ軸(zhóu)，ｘ軸(zhóu)與ｙ軸(zhóu)構成直角(jiǎo)坐标系，兩軸交彙點(diǎn)爲坐标原點，設(shè)定仿(páng)真(zhēn)模(mó)型高(gāo)度爲１0r（即(jí)ｙ軸是從－5r到5r），分(fèn)别(bié)如圖１所示。電極兩端給(gěi)一定的(de)電(diàn)壓值(zhí)，一定(dìng)半(bàn)徑的非導電物質(zhì)由流體底(dǐ)部(bù)進(jìn)入，沿(yán)着ｙ軸(zhóu)随着(zhe)上升(shēng)的流體向上運動，仿(páng)真實驗對(duì)電磁流(liú)量計中流體的虛(xū)電流(liú)進行考查，從ｙ軸(zhóu)－４.5r到４.5r每(měi)隔0.5r采集(jí)１次(cì)仿真數(shù)據(jù)。通過(guò)分析，以(yǐ)獲(huò)得電(diàn)磁流量計存在(zài)相同半徑非導(dǎo)電物質在(zài)不同半徑管(guǎn)道或不(bú)同電極大小時對流量計響應(yīng)特性影響情況(kuàng)。

２.２仿(páng)真實驗
　　仿真(zhēn)實驗中(zhōng)，設定通過電磁(cí)流量(liàng)計的(de)非導(dǎo)電物(wù)質(zhì)大(dà)小不(bú)變，流(liú)量(liàng)計内壁(bì)管徑的(de)直(zhí)徑設定爲(wèi)0.8r，r，1.2r，1.4r，1.6r，流量計流(liú)體中設(shè)定半徑(jìng)爲0.1r的非導(dǎo)電物(wù)質通(tōng)過電磁流量計(jì)的(de)中心軸，對電磁(cí)流(liú)量計(jì)中流(liú)體的虛電(diàn)流進行考查，以獲得流體(tǐ)中相(xiàng)同大(dà)小非(fēi)導電物質(zhì)對(duì)不同半徑管道(dào)的電磁(cí)流量(liàng)計敏感場(chǎng)影響情況(kuàng)。
　　爲了(le)節省篇幅，這裏(lǐ)隻顯示其(qí)中一(yī)個實(shí)驗(yàn)的部分(fèn)仿真圖(tú)，如(rú)圖(tú)２所(suǒ)示。從仿真(zhēn)結果(guǒ)可以發現不同(tóng)管徑大小(xiǎo)對電(diàn)磁流(liú)量(liàng)計的虛電流(liú)分(fèn)布是有(yǒu)一定影響(xiǎng)的，但這些分布性的(de)仿真結果無法(fǎ)較好地在數值(zhí)上給予電極(jí)大(dà)小與管徑(jìng)變化(huà)對流(liú)量計敏感(gǎn)場影響大小情(qíng)況(kuàng)的說明。下面(miàn)将在仿(páng)真結果(guǒ)分析中(zhōng)通過敏(mǐn)感場(chǎng)靈(líng)敏度ｃ對(duì)仿真數據分析。

３仿(páng)真結(jié)果分(fèn)析(xī)
　　爲(wèi)了詳(xiáng)實地(dì)考(kǎo)查管直(zhí)徑(jìng)變化下對流(liú)量計(jì)敏感(gǎn)場靈(líng)敏度(dù)影(yǐng)響，運用敏感場靈(líng)敏度(dù)ｃ分别對每個仿真實(shí)驗進行分(fèn)析并(bìng)對比實驗結果。
　　圖３爲(wèi)不同大小(xiǎo)内徑管道與流(liú)量計(jì)敏感(gǎn)場靈敏(mǐn)度關系(xì)圖，橫軸表示非導電物質(zhì)在電(diàn)磁流量計ｙ軸的(de)位置，縱軸(zhóu)爲敏(mǐn)感場靈敏度ｃ，圖(tú)中各(gè)條(tiáo)線分(fèn)别代表了不(bú)同測量管徑(jìng)大小時非導電物質在(zài)不同(tóng)位置(zhì)時敏(mǐn)感場(chǎng)靈(líng)敏度ｃ的(de)變化情況(kuàng)。
　　對于(yú)半徑(jìng)一(yī)定的（本(běn)例爲(wèi)0.1r）非導電物(wù)質，管道半徑越(yuè)大，在電(diàn)極（ｙ軸(zhóu)坐(zuò)标原(yuán)點）附近非(fēi)導電物(wù)質對電(diàn)磁流(liú)量計的敏感場靈(líng)敏度ｃ的(de)響應(yīng)特性就越小，仿真實(shí)驗也(yě)可以(yǐ)說(shuō)明(míng)，當電(diàn)磁流(liú)量計管道(dào)半(bàn)徑(jìng)變小時，非(fēi)導電物質(zhì)對電(diàn)磁流量計的敏(mǐn)感場靈敏度影(yǐng)響在電極（ｙ軸坐标原點(diǎn)）附近變(biàn)化是比較快的；流量計管道半(bàn)徑變大時，非導電物(wù)質對電磁流量計的敏感(gǎn)場靈(líng)敏度(dù)影響在電(diàn)極附(fù)近變(biàn)化變(biàn)得緩(huǎn)慢。仿(páng)真實(shí)驗可得出：在(zài)電磁流量計(jì)電極一定時，根(gēn)據測量流(liú)體中(zhōng)非導電物質的(de)大小以及電磁(cí)流量(liàng)計(jì)管(guǎn)道半(bàn)徑可以估計出(chū)該電磁流(liú)量計(jì)的兩相流(liú)測量精度（敏感場靈(líng)敏度響應(yīng)情況(kuàng)），爲測量兩相流的電磁流量計(jì)傳感(gǎn)器誤差分(fèn)析提供一定分(fèn)析依據。

４結束語(yǔ)
　　本文運用(yòng)有限(xiàn)元(yuán)軟(ruǎn)件對(duì)流體(tǐ)中含有非(fēi)導電物(wù)質(zhì)時對電磁流(liú)量計敏感場(chǎng)響應特性進行建模仿真(zhēn)，通過模型分析了流(liú)量計(jì)管道内徑大(dà)小與流(liú)量計(jì)的敏(mǐn)感場(chǎng)靈敏度響(xiǎng)應特(tè)性的(de)關系。研究(jiū)結果爲(wèi)一定管(guǎn)徑下(xià)電磁流量計兩相(xiàng)流(liú)測量的誤(wù)差分析提(tí)供一(yī)定的理論依據。

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