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異徑管道下電磁流量計流場動力學計算與分析研究
   電磁流量計是目前世界上應用比較廣泛的測量液體流量計之一,因其測量精度高、穩定性好廣泛應用於石油石化、化工、汙水處理等各個行業。目前國內生產的電磁流量計管道都為均勻的圓管 。由於電磁流量計特殊的計量原理和管道形狀要求圓管,電磁流量計在實際計量中要求必須滿管流,即管道流速為中心軸對稱分布 。由此,具有均勻磁場和點電極的電磁流量計的流速和電磁流量計的輸出信號成一個正比的關係。就目前電磁流量計應用的實際情況來看,在低流速下電磁流量計的測量精度和穩定性都不是很高 。國外流量計量專家Keijnsdijk 把縮頸作為異徑設計的一個方向,通過設計不同的中間管道的形狀來研究異徑管道對電磁流量計流場的影響 。此外,korsunskii等人也研究了中間管道為長方形時不同參數對電磁流量計流場特性的影響 。我國計量學院的陳寅佳等人也分析研究了不同參數條件下異徑電磁流量計流場的特性 。因此如何在低流速下提高電磁流量計的測量精度和穩定性一直以來都是電磁流量計改進和優化的一個重點。為了適應電磁流量計在低流速、低耗能下計量的要求,電磁流量計研發人員從管道結構、電磁激勵方式、電路分布、電極形狀等各個方麵都進行了研究和分析,並取得了一定的進展。         對於異徑管道的電磁流量計,目前國內研究的都比較少。異徑管道下的電磁流量計主要指通過改變普通的圓管道,在實際計量時創造一個特殊滿管環境來提高電磁流量計在低流速和不滿管情況下的測量精度和穩定性 。
1 電磁流量計工作原理 電磁流量計是一種利用法拉第電磁感應定律來檢測液體流量的一種流量計。磁勵線圈將磁場通過電極施加給被測導電液體以後,被測導電液體切割磁感線產生感應電動勢,通過檢測感應電動勢並進行相應的信號處理實現對經過流量計流量的檢測。
對於一般圓形管道的電磁流量計輸出的電壓信號為: E =B· V· D  (1) 式中:E 為電磁感應電動勢;B 為磁場強度;V為流體流動的平均流速;D 為兩個電極之間的距離(如果是均勻的圓形管道則D 為圓形管的直徑)。假定管道的橫截麵積為A,流量為q,則上式可以寫成: E =(B· D· q)/ A  (2)
在建立電磁流量計這個基本方程的過程中前 人作了如下的假設 : 1)流體磁導率是均勻的,流體為非磁性流體; 2)流體的電導率均勻,並且滿足Ohm 定律; 3)充分發展流對於圓管是軸對稱分布的; 4)流體中的位移電流小到基本上可以忽略; 5)電磁感應強度B 是均勻分布的。
由式(1)和式(2)我們可以看出感應電動勢與流體在流場中的平均流速和磁極之間的距離有關。在實際的使用情況中由於有時電磁流量計的工作環境比較複雜,當流體流速較低時,產生的感應電動勢比較低,有時候和噪聲難以區分,由此導致了電磁流量計測量靈敏度和準確性的降低。
2 仿真計算模型的建立  異徑電磁流量計就是在不改變原有流場分布的情況下,用適當的縮徑來提高流速,以此提高電磁流量計的測量準確性和靈敏度 。
  本文通過專業的流體分析軟件分析計算了異徑電磁流量計流場的特性,分析探討了不同條件下,不同參數對其流場動力學特性的影響,分析計算表明異徑電磁流量計流場在不同的入口速度,以及不同的電極之間的距離對其流場的特性都有較大的影響,但是在低流速下異徑電磁流量計有利於提高計量精度和準確性.本文的仿真計算結果也說明了異徑電磁流量計在實際生產和使用中具有可行性, 在低流速下它比常規電磁流量計更具有優勢,在管道異徑位置的設置和距離上並不一定存在一個*優的結果,在實際設計和應用中要根據具體流場的特性和實際情況而定,以異徑管道的選取不能改變原有流場特性為*基本原則。
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