摘要(yao)：利用(yong)專業(ye)的流(liu)場動(dong)力學(xue)計算(suan)分析(xi)軟件(jian),通過(guo)建立(li)異徑(jing)管電(dian)磁流(liu)量計(ji) 流場(chang)的模(mo)型,計(ji)算分(fen)析異(yi)徑條(tiao)件下(xia)電磁(ci)流量(liang)計流(liu)場的(de)動力(li)學特(te)性。計(ji)算研(yan)究表(biao)明:異(yi)徑條(tiao)件下(xia)流場(chang)的人(ren)口流(liu)速,電(dian)🤞極之(zhi)間的(de)距離(li)對流(liu)場中(zhong)心點(dian)的速(su)度,進(jin)出口(kou)壓力(li)損失(shi)都具(ju)有比(bi)較大(da)的影(ying)響。通(tong)過研(yan)究分(fen)析不(bu)同參(can)數下(xia)流場(chang)特性(xing)的變(bian)化,證(zheng)明異(yi)徑電(dian)磁流(liu)量計(ji)在低(di)流速(su)下的(de)計量(liang)精度(du)和準(zhun)确性(xing)具有(you)--定的(de)優勢(shi)。研究(jiu)分析(xi)結果(guo)對異(yi)徑條(tiao)件下(xia)電磁(ci)流量(liang)計管(guan)道的(de)😄優化(hua)和改(gai)進提(ti)供了(le)一定(ding)的理(li)論依(yi)據和(he)借🈲鑒(jian)經驗(yan)。
0引言(yan)
　　電磁(ci)流量(liang)計是(shi)目前(qian)世界(jie)上應(ying)用比(bi)較廣(guang)泛的(de)測量(liang)液體(ti)流量(liang)計之(zhi)一,因(yin)其測(ce)量精(jing)度高(gao)、穩定(ding)性好(hao)廣泛(fan)應用(yong)于石(shi)油石(shi)化、化(hua)工、污(wu)水處(chu)理等(deng)各個(ge)行業(ye)。目前(qian)國内(nei)生産(chan)的電(dian)磁流(liu)量計(ji)管道(dao)都爲(wei)均勻(yun)的圓(yuan)管。由(you)于電(dian)磁流(liu)量計(ji)特殊(shu)的計(ji)量原(yuan)理和(he)管道(dao)形.狀(zhuang)要求(qiu)圓管(guan),電磁(ci)流🛀量(liang)計在(zai)實際(ji)計量(liang)中要(yao)求必(bi)須滿(man)管流(liu),即管(guan)道流(liu)速🙇‍♀️爲(wei)中心(xin)軸對(dui)稱分(fen)布由(you)此,具(ju)有均(jun)勻磁(ci)場和(he)點電(dian)極的(de)電🌂磁(ci)流量(liang)計的(de)流速(su)♍和電(dian)磁流(liu)量計(ji)🔆的輸(shu)出信(xin)号成(cheng)一個(ge)正比(bi)的關(guan)系。就(jiu)目前(qian)電磁(ci)流量(liang)計應(ying)用的(de)實際(ji)情況(kuang)來看(kan)，在低(di)流速(su)下電(dian)磁流(liu)量計(ji)的測(ce)量精(jing)度和(he)穩定(ding)性都(dou)不是(shi)很高(gao)”。國外(wai)流量(liang)計量(liang)專家(jia)Keinsdjk把縮(suo)頸作(zuo)爲異(yi)徑設(she)計的(de)一個(ge)方向(xiang),通過(guo)設計(ji)不同(tong)的中(zhong)間管(guan)道的(de)形狀(zhuang)來研(yan)究㊙️異(yi)徑管(guan)道對(dui)電磁(ci)流量(liang)計流(liu)👈場的(de)影響(xiang)[4]。此外(wai)，Korsunskii等人(ren)也研(yan)究了(le)🌂中間(jian)管道(dao)爲長(zhang)方形(xing)時不(bu)同參(can)⛹🏻‍♀️數對(dui)電磁(ci)流量(liang)計流(liu)場特(te)性的(de)✊影響(xiang)5。我國(guo)計量(liang)學院(yuan)的陳(chen)寅佳(jia)等人(ren)也分(fen)析研(yan)究了(le)不同(tong)參數(shu)條件(jian)下異(yi)徑電(dian)磁流(liu)量計(ji)流場(chang)的特(te)性61,因(yin)，此如(ru)何在(zai)低流(liu)速下(xia)提高(gao)電磁(ci)流量(liang)計的(de)測☀️量(liang)精度(du)和穩(wen)定性(xing)一直(zhi)以來(lai)都是(shi)電磁(ci)流量(liang)🌈計改(gai)進和(he)優化(hua)的一(yi)個重(zhong)點。爲(wei)了适(shi)應電(dian)磁流(liu)量計(ji)在低(di)流速(su)、低⭐耗(hao)能下(xia)計量(liang)的要(yao)求，電(dian)磁流(liu)量計(ji)研發(fa)人員(yuan)從管(guan)道結(jie)⛹🏻‍♀️構、電(dian)磁激(ji)勵方(fang)式、電(dian)路分(fen)布、電(dian)極形(xing)狀等(deng)各個(ge)方面(mian)都進(jin)行了(le)研究(jiu)和分(fen)析,并(bing)取得(de)了--定(ding)的進(jin)展。
　　對(dui)于異(yi)徑管(guan)道的(de)電磁(ci)流量(liang)計,目(mu)前國(guo)内研(yan)究的(de)都🐇比(bi)較少(shao)。異徑(jing)😄管道(dao)下的(de)電磁(ci)流量(liang)計主(zhu)要指(zhi)通過(guo)改變(bian)普😄通(tong)的圓(yuan)管道(dao),在🏃🏻‍♂️實(shi)際計(ji)量時(shi)創造(zao)一個(ge)特殊(shu)的♊滿(man)管環(huan)境來(lai)提💚高(gao)電磁(ci)流量(liang)計✊在(zai)低流(liu)速和(he)不滿(man)管情(qing)況下(xia)的測(ce)量精(jing)度和(he)穩定(ding)性。
1電(dian)磁流(liu)量計(ji)工作(zuo)原理(li)，
　　電磁(ci)流量(liang)計是(shi)一種(zhong)利用(yong)法拉(la)第電(dian)磁感(gan)應定(ding)律來(lai)檢測(ce)液體(ti)流量(liang)的一(yi)種流(liu)量計(ji)。磁勵(li)線圈(quan)将磁(ci)場通(tong)🆚過電(dian)極施(shi)加給(gei)被測(ce)🌍導電(dian)液體(ti)以後(hou),被測(ce)導電(dian)液體(ti)切割(ge)磁感(gan)線産(chan)🈲生感(gan)應電(dian)動勢(shi),通過(guo)檢測(ce)感應(ying)電動(dong)勢并(bing)進行(hang)🚶‍♀️相應(ying)的信(xin)号處(chu)理實(shi)現對(dui)經過(guo)🎯流量(liang)計流(liu)量的(de)檢測(ce)。
對于(yu)一般(ban)圓形(xing)管道(dao)的電(dian)磁流(liu)量計(ji)輸出(chu)的電(dian)壓信(xin)号爲(wei):

式中(zhong):E爲電(dian)磁感(gan)應電(dian)動勢(shi);B爲磁(ci)場強(qiang)度;V爲(wei)流體(ti)流動(dong)的平(ping)☁️均流(liu)速;D爲(wei)兩個(ge)電極(ji)之間(jian)的距(ju)離(如(ru)果是(shi)均勻(yun)的圓(yuan)形管(guan)❄️道則(ze)D爲圓(yuan)形管(guan)的直(zhi)徑)。
假(jia)定管(guan)道的(de)橫截(jie)面積(ji)爲A,流(liu)量爲(wei)q,則上(shang)式可(ke)以寫(xie)成:

　　在(zai)建立(li)電磁(ci)流量(liang)計這(zhe)個基(ji)本方(fang)程的(de)過程(cheng)中前(qian)人作(zuo)了如(ru)下的(de)假設(she)
1)流體(ti)磁導(dao)率是(shi)均勻(yun)的,流(liu)體爲(wei)非磁(ci)性流(liu)體;
2)流(liu)體的(de)電導(dao)率均(jun)勻,并(bing)且滿(man)足Ohm定(ding)律;
3)充(chong)分發(fa)展流(liu)對于(yu)圓管(guan)是軸(zhou)對稱(cheng)分布(bu)的;
4)流(liu)體中(zhong)的位(wei)移電(dian)流小(xiao)到基(ji)本.上(shang)可以(yi)忽略(lue);
5)電磁(ci)感應(ying)強度(du)B是均(jun)勻分(fen)布的(de)。
　　由式(shi)(1)和式(shi)(2)可以(yi)看出(chu)感應(ying)電動(dong)勢與(yu)流體(ti)在流(liu)場中(zhong)的平(ping)均流(liu)速和(he)磁極(ji)之間(jian)的距(ju)離有(you)關。在(zai)實際(ji)的使(shi)🐇用情(qing)況中(zhong)由于(yu)🈚有時(shi)電磁(ci)流量(liang)計的(de)工作(zuo)環境(jing)比較(jiao)複雜(za),當流(liu)體流(liu)速較(jiao)低時(shi),産生(sheng)的感(gan)應電(dian).動勢(shi)比較(jiao)低，有(you)時候(hou)和噪(zao)聲難(nan)以區(qu)分,由(you)此導(dao)緻了(le)⭕電磁(ci)流量(liang)計測(ce)量靈(ling)敏度(du)和準(zhun)确性(xing)的降(jiang)低。
2仿(pang)真計(ji)算模(mo)型的(de)建立(li)
　　異徑(jing)電磁(ci)流量(liang)計就(jiu)是在(zai)不改(gai)變原(yuan)有流(liu)場分(fen)布的(de)情♻️況(kuang)下,用(yong)适當(dang)的縮(suo)徑來(lai)提高(gao)流速(su),以此(ci)提高(gao)電磁(ci)🔅流量(liang)計的(de)🔱測量(liang)準确(que)性和(he)♍靈敏(min)度
　　圖(tu)1與圖(tu)2分别(bie)爲傳(chuan)統電(dian)磁流(liu)量計(ji)與分(fen)析的(de)異徑(jing)電磁(ci)流量(liang)計簡(jian)圖。由(you)式(1)及(ji)電磁(ci)流量(liang)計的(de)工作(zuo)原理(li)可🔆以(yi)自行(hang)推導(dao)出‼️圖(tu)2所💃示(shi)異🔆徑(jing)電磁(ci)流量(liang)計的(de)公式(shi):
　　首先(xian)在分(fen)析圖(tu)2所示(shi)的異(yi)徑電(dian)磁流(liu)量計(ji)流場(chang)時定(ding)義一(yi)個距(ju)離,即(ji):D=D1–H1–H2;帶人(ren)式(1)即(ji)可得(de):

3流(liu)場計(ji)算分(fen)析
　　在(zai)分析(xi)中以(yi)DN80口徑(jing)的管(guan)道爲(wei)模型(xing),流場(chang)動力(li)學計(ji)算🍉方(fang)式💁爲(wei):速度(du)✍️人口(kou),充分(fen)發展(zhan)流爲(wei)出口(kou),分别(bie)讨論(lun)計算(suan)流速(su)爲0.1m/s、10m/s時(shi)流，場(chang)流♻️速(su)、壓力(li)等參(can)數的(de)變化(hua)趨勢(shi)以及(ji)不同(tong)參數(shu)對流(liu)場特(te)㊙️性的(de)影響(xiang)。圖3~圖(tu)10的分(fen)析說(shuo)明在(zai)下面(mian)分析(xi)中體(ti)現♌。

　　從(cong)速度(du)矢量(liang)圖和(he)壓力(li)雲圖(tu)的分(fen)布上(shang)可以(yi)看出(chu)，在🈲進(jin)💞口處(chu)速度(du)👅爲0.1m/s時(shi)中心(xin)點的(de)壓力(li)和速(su)度有(you)明顯(xian)的增(zeng)大，這(zhe)也說(shuo)明👉在(zai)低流(liu)速下(xia)異徑(jing)電磁(ci)流量(liang)計具(ju)有🐪提(ti)高測(ce)量靈(ling)敏⭕度(du)和準(zhun)🍓确性(xing)的優(you)勢

　　由(you)表1可(ke)以看(kan)出,在(zai)計算(suan)時設(she)定速(su)度爲(wei)0.1m/s和10m/s時(shi),中心(xin)點🔆的(de)速度(du)🔞約爲(wei)入口(kou)速度(du)的1.78倍(bei),仍然(ran)在可(ke)以測(ce)量的(de)範圍(wei)之内(nei),其壓(ya)力損(sun)失也(ye)符合(he)電磁(ci)流量(liang)計檢(jian)定規(gui)程的(de)要求(qiu)。由Z軸(zhou)方♻️上(shang)速度(du)随Z軸(zhou)的位(wei)置圖(tu)(圖6)可(ke)以看(kan)出,Z軸(zhou)方向(xiang)爲流(liu)體流(liu)動方(fang)向,在(zai)這個(ge)方向(xiang)上速(su)度随(sui)位置(zhi)的變(bian)化随(sui)着Z軸(zhou)方向(xiang)的延(yan)伸速(su)度是(shi)-一個(ge)緩慢(man)增♋加(jia)的過(guo)程,到(dao)中心(xin)點(變(bian)徑的(de)位置(zhi))時速(su)度達(da)到最(zui)大,而(er)後緩(huan)慢減(jian)小,但(dan)是進(jin)出口(kou)的速(su)度差(cha)不是(shi)很大(da)。

　　從壓(ya)力損(sun)失和(he)速度(du)關系(xi)的圖(tu)(圖7)可(ke)以看(kan)出入(ru)口速(su)度越(yue)大，出(chu)口處(chu)壓力(li)損失(shi)也越(yue)大,但(dan)不是(shi)簡單(dan)的線(xian)🐉性增(zeng)長關(guan)系。因(yin)此在(zai)實際(ji)⛱️的應(ying)用中(zhong).應該(gai)合理(li)地選(xuan)擇異(yi)徑電(dian)磁流(liu)量計(ji)和合(he)适的(de)人口(kou)速度(du)。

4不同(tong)參數(shu)對其(qi)流場(chang)特性(xing)的影(ying)響
　　在(zai)計算(suan)和研(yan)究異(yi)徑電(dian)磁流(liu)量計(ji)兩電(dian)極之(zhi)間的(de)距離(li)和👌壓(ya)力損(sun)失以(yi)及中(zhong)心點(dian)速度(du)的關(guan)系時(shi),以流(liu)場㊙️初(chu)始流(liu)速爲(wei)0.1m/s的條(tiao)件下(xia)分别(bie)計算(suan)分析(xi)了不(bu)同距(ju)離下(xia)流場(chang)中心(xin)速度(du)和壓(ya)力損(sun)失的(de)變化(hua)。

　　由圖(tu)8可以(yi)看出(chu),在變(bian)徑過(guo)小時(shi),以0.1m/s的(de)入口(kou)速度(du)時出(chu)口速(su)度⁉️達(da)‼️0.31m/s,是人(ren)口速(su)度的(de)3.1倍,但(dan)是從(cong)迹線(xian)圖中(zhong)也可(ke)以看(kan)🌈出當(dang)流體(ti)流過(guo)中心(xin)位置(zhi)時也(ye)産生(sheng)了嚴(yan)重的(de)回流(liu)現象(xiang),且壓(ya)力損(sun)失達(da)101318.05Pa。

　　由圖(tu)9與圖(tu)10可以(yi)看出(chu),随着(zhe)兩電(dian)極距(ju)離的(de)增加(jia)中心(xin)⭐點速(su)度與(yu)👅進♋出(chu)口壓(ya)力都(dou)在減(jian)小，且(qie)中心(xin)點速(su).度随(sui)兩電(dian)極的(de)距離(li)☁️減小(xiao)⚽的趨(qu)勢要(yao)大于(yu)進出(chu)口壓(ya)力減(jian)小的(de)趨勢(shi),進出(chu)口壓(ya)力随(sui)兩電(dian)🐕極之(zhi)間🚩距(ju)離減(jian)小的(de)趨勢(shi)并不(bu)🌈是一(yi)個簡(jian)單的(de)線性(xing)關系(xi)。

5結束(shu)語
　　通(tong)過專(zhuan)業的(de)流體(ti)分析(xi)軟件(jian)分析(xi)計算(suan)了異(yi)徑電(dian)磁流(liu)量計(ji)流場(chang)的特(te)性,分(fen)析探(tan)讨了(le)不同(tong)條件(jian)下,不(bu)同參(can)數對(dui)其✔️流(liu)場動(dong)力學(xue)特性(xing)的影(ying)響,分(fen)析計(ji)算表(biao)明異(yi)徑電(dian)磁流(liu)量🆚計(ji)流場(chang)在不(bu)同的(de)入口(kou)速度(du),以及(ji)不同(tong)的電(dian)極之(zhi)間的(de)距離(li)對其(qi)流場(chang)的特(te)性都(dou)有較(jiao)大🈲的(de)影響(xiang)，但是(shi)在低(di)流速(su)下異(yi)徑電(dian)磁流(liu)量計(ji)有利(li)于提(ti)高計(ji)量精(jing)度和(he)準确(que)性。
　　仿(pang)真計(ji)算結(jie)果也(ye)說明(ming)了異(yi)徑電(dian)磁流(liu)量計(ji)在實(shi)際生(sheng)産和(he)使用(yong)中具(ju)有可(ke)行性(xing),在低(di)流速(su)下它(ta)比常(chang)規電(dian)磁流(liu)量計(ji)更具(ju)有優(you)勢,在(zai)管道(dao)異徑(jing)位置(zhi)的設(she)置和(he)距離(li)上并(bing)不一(yi)定存(cun)在一(yi)個最(zui)優的(de)結果(guo),在實(shi)際設(she)計和(he)應用(yong)中要(yao)根據(ju)具體(ti)流☀️場(chang)的特(te)性和(he)實際(ji)情況(kuang)而定(ding),以異(yi)徑管(guan)道的(de)選取(qu)不能(neng)改變(bian)原有(you)流場(chang)特性(xing)爲最(zui)基本(ben)原則(ze)。

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