摘要：利用專(zhuan)業的流場動(dong)力學計算分(fen)析軟件,通過(guo)建立異徑管(guǎn)電磁流量計(ji) 流場的模型(xíng),計算分析異(yì)徑條件下電(dian)磁流量計流(liu)場💛的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻動🙇‍♀️力學(xué)特性。計算研(yan)究表明:異徑(jing)條件下流場(chǎng)的人口流速(su),電極之間的(de)距離對流場(chang)中心點的速(sù)度,進出口壓(yā)力🧡損失都具(ju)有比💰較大的(de)💃影響。通過研(yán)究分析不同(tóng)參數下流場(chǎng)特性的變化(hua),證明異徑電(diàn)磁流量計在(zai)低流速下的(de)計量精度和(hé)準确性具有(yǒu)--定的優勢。研(yan)究分析結果(guǒ)對異徑條件(jian)下電磁流量(liàng)計管道的優(you)化和改進提(tí)供了一定的(de)理論依據和(hé)借鑒經驗。
0引(yǐn)言
　　電磁流量(liang)計是目前世(shi)界上應用比(bǐ)較廣泛的測(ce)量液體流量(liang)計之一,因其(qi)測量精度高(gāo)、穩定性好廣(guang)泛🌍應用于石(shi)油石化、化💰工(gong)、污水處理等(deng)各個行業。目(mu)前🚶國内生産(chǎn)的電磁流量(liàng)計管道都爲(wèi)均✔️勻的圓管(guan)。由于電磁流(liu)量計特殊的(de)計量原理和(hé)管道形.狀要(yao)求💛圓管,電磁(ci)流量計在實(shi)際計量中要(yào)求必須滿管(guǎn)流,即管道流(liú)速爲中心軸(zhóu)對稱分布由(yóu)此,具有均👨‍❤️‍👨勻(yun)磁場和點電(diàn)極的電磁流(liu)量計的流速(sù)和電磁流量(liàng)計的輸出信(xìn)号成一個正(zheng)比的關系。就(jiu)目🌈前🌈電磁流(liú)量⛷️計應用的(de)實際情況來(lái)看，在低流速(sù)下電磁流量(liàng)計的測量精(jīng)度和穩定性(xìng)都不是很高(gāo)”。國外流量計(jì)量🈚專家Keinsdjk把縮(suō)頸作爲異徑(jìng)設計👨‍❤️‍👨的一個(ge)方向,通過設(shè)計💃🏻不同的中(zhōng)間管道的形(xing)狀來研究異(yì)徑管道對電(diàn)磁流量計流(liu)♍場的影響[4]。此(cǐ)外，Korsunskii等人也❤️研(yan)究👈了中間管(guan)道爲長方形(xing)時不同參👅數(shù)對電磁流量(liang)✔️計流場特性(xìng)的影響5。我國(guo)計量學院的(de)陳寅佳💰等人(ren)也分析研究(jiu)了不同參數(shu)條件下異徑(jìng)電磁流量計(ji)流場的特性(xìng)61,因，此如何在(zai)低流速下提(tí)高電磁流量(liàng)計的測量精(jīng)度和穩定性(xìng)一直以來都(dou)是電磁流量(liang)計改進和優(yōu)化的一個重(zhòng)點。爲了适應(yīng)電磁流量計(ji)在低流速、低(di)耗能下計量(liang)的要求，電🈲磁(ci)流量計研發(fā)⭐人員從管道(dao)結構、電磁激(ji)勵方式、電路(lù)分布、電❤️極形(xíng)狀等各個方(fang)面都進行了(le)研究和分析(xi),并🏃‍♂️取得了--定(ding)的進展。
　　對于(yu)異徑管道的(de)電磁流量計(ji),目前國内研(yan)究的都比較(jiào)少。異徑管道(dào)下的電磁流(liu)量計主要指(zhi)通過改變普(pu)通的✉️圓管道(dào),在實際計量(liàng)時創造一個(ge)特殊的滿管(guǎn)環境來提高(gāo)電磁流量計(ji)在低流速和(he)不滿管情況(kuàng)下的測量精(jīng)度和穩定性(xìng)。
1電磁流量計(jì)工作原理，
　　電(dian)磁流量計是(shi)一種利用法(fǎ)拉第電磁感(gǎn)應定律來檢(jiǎn)測🆚液體流量(liàng)的一種流量(liàng)計。磁勵線圈(quān)将磁場通過(guo)電極施加給(gei)被測導電液(yè)體以後,被測(cè)導電液體切(qie)割磁🚩感線産(chan)♊生感應電動(dong)勢,通過檢測(cè)感應電動勢(shì)并進行相應(ying)的信号處理(lǐ)實現對經過(guo)流量計流量(liang)的檢測。
對于(yu)一般圓形管(guǎn)道的電磁流(liú)量計輸出的(de)電壓信号爲(wèi)🧡:

式中:E爲電磁(cí)感應電動勢(shi);B爲磁場強度(dù);V爲流體流動(dong)的🧡平均流速(sù)💘;D爲兩個電極(ji)之間的距離(li)(如果是均勻(yun)的圓形管道(dao)則D爲圓形管(guǎn)的直徑)。
假定(dìng)管道的橫截(jie)面積爲A,流量(liàng)爲q,則上式可(kě)以寫成:

　　在建(jian)立電磁流量(liang)計這個基本(běn)方程的過程(chéng)中前人🥵作🔆了(le)如下的假設(she)
1)流體磁導率(lǜ)是均勻的,流(liú)體爲非磁性(xìng)流體;
2)流體的(de)電導率均勻(yun),并且滿足Ohm定(ding)律;
3)充分發展(zhan)流對于圓管(guan)是軸對稱分(fèn)布的;
4)流體中(zhōng)的位移電流(liu)小到基本.上(shàng)可以忽略;
5)電(diàn)磁感應強度(du)B是均勻分布(bù)的。
　　由式(1)和式(shi)(2)可以看出感(gan)應電動勢與(yu)流體在流場(chang)中的💯平均流(liu)速和磁極之(zhī)間的距離有(you)關。在實際的(de)使用情況中(zhong)由于有時電(diàn)磁🏃‍♀️流量計的(de)工作環境比(bǐ)較複雜,當流(liú)體流☂️速較低(di)時,産生的感(gan)應電.動勢比(bǐ)較⛷️低，有時候(hou)和噪聲難🌏以(yǐ)區分,由🌏此導(dao)緻了⁉️電磁流(liú)量💯計測量靈(líng)敏☔度和準确(què)性的降低。
2仿(páng)真計算模型(xíng)的建立
　　異徑(jìng)電磁流量計(ji)就是在不改(gǎi)變原有流場(chang)分布的情況(kuang)👉下,用适當的(de)縮徑來提高(gao)流速,以此提(ti)高電磁⭐流量(liang)❓計的‼️測量準(zhun)确性和靈敏(mǐn)度
　　圖1與圖2分(fèn)别爲傳統電(dian)磁流量計與(yǔ)分析的異徑(jìng)電磁流量計(jì)簡圖。由式(1)及(ji)電磁流量計(jì)的工作原理(lǐ)可以自行推(tui)🔞導出圖2所示(shì)異徑電磁流(liu)量計的公式(shì):
　　首先在分析(xi)圖2所示的異(yi)徑電磁流量(liàng)計流場時定(dìng)義一個距離(lí),即:D=D1–H1–H2;帶人式(1)即(ji)可得:

3流場計算(suan)分析
　　在分析(xi)中以DN80口徑的(de)管道爲模型(xing),流場動力學(xue)計算方式爲(wei)⭕:速⛷️度人口,充(chong)分發展流爲(wèi)出口,分别讨(tǎo)論計算流速(su)爲0.1m/s、10m/s時流，場流(liú)速、壓🌏力等參(cān)數的變化趨(qū)勢以及不同(tong)參數對流場(chǎng)特性的影響(xiang)。圖3~圖10的分析(xī)說明在下面(mian)分析中體現(xian)。

　　從速度矢量(liang)圖和壓力雲(yún)圖的分布上(shang)可以看出，在(zài)進口👈處💋速度(du)爲0.1m/s時中心點(dian)的壓力和速(sù)度有明顯的(de)增大，這也說(shuo)明在低流速(sù)下異徑電磁(cí)流量計具有(you)提高測🌂量靈(ling)敏度和準确(què)性的優勢

　　由(you)表1可以看出(chu),在計算時設(shè)定速度爲0.1m/s和(hé)10m/s時,中心點✍️的(de)速度約爲入(ru)口速度的1.78倍(bei),仍然在可以(yi)測量的範圍(wei)之内,其壓力(li)損失也符合(hé)電磁流量計(ji)檢定規程的(de)要求。由Z軸方(fang)上速度🚶随Z軸(zhou)的位置圖(圖(tu)6)可以看出,Z軸(zhou)方向爲流體(tǐ)流動方向,在(zài)這個方向上(shang)速度随位⚽置(zhi)的變化随着(zhe)Z軸方向的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼延(yan)伸速度是-一(yi)個緩慢增加(jiā)的過程,到中(zhong)🌈心點(變徑的(de)位置)時速度(dù)達到最大,而(er)後緩慢減小(xiao),但是進出❄️口(kǒu)的速度差不(bú)是很大。

　　從壓(ya)力損失和速(su)度關系的圖(tú)(圖7)可以看出(chū)入口速度㊙️越(yuè)大，出口🏃‍♂️處壓(yā)力損失也越(yue)大,但不是簡(jiǎn)單的線性增(zēng)長關系。因👅此(cǐ)在🚶‍♀️實際的應(yīng)用中.應該合(hé)理地選擇異(yi)徑電磁流量(liang)計和合适的(de)人口速🧑🏽‍🤝‍🧑🏻度。

4不(bú)同參數對其(qi)流場特性的(de)影響
　　在計算(suàn)和研究異徑(jing)電磁流量計(ji)兩電極之間(jiān)的距離和壓(yā)力損失以及(jí)中心點速度(dù)的關系時,以(yi)流場🤟初始流(liú)速爲0.1m/s的條件(jiàn)下分别計算(suàn)分析了不同(tong)距離下流場(chǎng)中心速度和(he)壓力損失的(de)變化。

　　由圖8可(kě)以看出,在變(biàn)徑過小時,以(yi)0.1m/s的入口速度(dù)時出口㊙️速度(dù)達0.31m/s,是人口速(su)度的3.1倍,但是(shì)從迹線圖中(zhōng)也可以看出(chū)當流體♌流過(guo)中心位置時(shi)也産生了嚴(yán)重的回流現(xian)象,且壓力損(sun)失達101318.05Pa。

　　由圖9與(yu)圖10可以看出(chū),随着兩電極(ji)距離的增加(jiā)中心點速度(dù)與進出口壓(yā)力都在減小(xiao)，且中心點速(sù).度随兩電極(jí)的距離減小(xiao)的趨勢要大(da)于進出口壓(ya)力減小的趨(qu)勢,進出口壓(ya)力随兩電☔極(ji)之間距離減(jiǎn)小的趨勢并(bing)不是一個簡(jian)單的線性關(guan)系。

5結束語
　　通(tong)過專業的流(liu)體分析軟件(jiàn)分析計算了(le)異徑電磁流(liu)🏃‍♀️量計流♈場的(de)特性,分析探(tàn)讨了不同條(tiao)件下,不同參(cān)數對其✊流場(chǎng)動力學特性(xìng)的影響,分析(xi)計算表明異(yì)徑電磁流量(liàng)計流場在不(bu)同的入口💞速(sù)度,以及不同(tóng)的電極之間(jian)的距離對其(qí)流場的特性(xìng)都有較大‼️的(de)影響，但是在(zài)低流速下‼️異(yì)徑電磁流💁量(liàng)計有利于😍提(ti)高計量精度(du)和準确性。
　　仿(pang)真計算結果(guǒ)也說明了異(yi)徑電磁流量(liang)計在實際生(shēng)産和使⭐用中(zhong)具有可行性(xìng),在低流速下(xià)它比常規電(diàn)磁流量計更(geng)具有優勢,在(zai)管道異徑位(wei)置的設置和(he)距離上并不(bu)一定存在一(yi)個最優的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻結(jie)果,在實際⭕設(she)計和應用中(zhōng)要根據具體(tǐ)流場的特性(xing)🏃‍♀️和實際情況(kuàng)而定,以異徑(jing)管道的選取(qu)不能改變原(yuán)有流場特🏒性(xing)爲最基本☎️原(yuan)則。

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