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异径管道下电磁流量计流场动力学计算与分析研究
   电磁流量计是目前世界上应用比较广泛的测量液体流量计之一,因其测量精度高、稳定性好广泛应用于石油石化、化工、污水处理等各个行业。目前国内生产的电磁流量计管道都为均匀的圆管 。由于电磁流量计特殊的计量原理和管道形状要求圆管,电磁流量计在实际计量中要求必须满管流,即管道流速为中心轴对称分布 。由此,具有均匀磁场和点电极的电磁流量计的流速和电磁流量计的输出信号成一个正比的关系。就目前电磁流量计应用的实际情况来看,在低流速下电磁流量计的测量精度和稳定性都不是很高 。国外流量计量专家Keijnsdijk 把缩颈作为异径设计的一个方向,通过设计不同的中间管道的形状来研究异径管道对电磁流量计流场的影响 。此外,korsunskii等人也研究了中间管道为长方形时不同参数对电磁流量计流场特性的影响 。我国计量学院的陈寅佳等人也分析研究了不同参数条件下异径电磁流量计流场的特性 。因此如何在低流速下提高电磁流量计的测量精度和稳定性一直以来都是电磁流量计改进和优化的一个重点。为了适应电磁流量计在低流速、低耗能下计量的要求,电磁流量计研发人员从管道结构、电磁激励方式、电路分布、电极形状等各个方面都进行了研究和分析,并取得了一定的进展。         对于异径管道的电磁流量计,目前国内研究的都比较少。异径管道下的电磁流量计主要指通过改变普通的圆管道,在实际计量时创造一个特殊满管环境来提高电磁流量计在低流速和不满管情况下的测量精度和稳定性 。
1 电磁流量计工作原理 电磁流量计是一种利用法拉第电磁感应定律来检测液体流量的一种流量计。磁励线圈将磁场通过电极施加给被测导电液体以后,被测导电液体切割磁感线产生感应电动势,通过检测感应电动势并进行相应的信号处理实现对经过流量计流量的检测。
对于一般圆形管道的电磁流量计输出的电压信号为: E =B· V· D  (1) 式中:E 为电磁感应电动势;B 为磁场强度;V为流体流动的平均流速;D 为两个电极之间的距离(如果是均匀的圆形管道则D 为圆形管的直径)。假定管道的横截面积为A,流量为q,则上式可以写成: E =(B· D· q)/ A  (2)
在建立电磁流量计这个基本方程的过程中前 人作了如下的假设 : 1)流体磁导率是均匀的,流体为非磁性流体; 2)流体的电导率均匀,并且满足Ohm 定律; 3)充分发展流对于圆管是轴对称分布的; 4)流体中的位移电流小到基本上可以忽略; 5)电磁感应强度B 是均匀分布的。
由式(1)和式(2)我们可以看出感应电动势与流体在流场中的平均流速和磁极之间的距离有关。在实际的使用情况中由于有时电磁流量计的工作环境比较复杂,当流体流速较低时,产生的感应电动势比较低,有时候和噪声难以区分,由此导致了电磁流量计测量灵敏度和准确性的降低。
2 仿真计算模型的建立  异径电磁流量计就是在不改变原有流场分布的情况下,用适当的缩径来提高流速,以此提高电磁流量计的测量准确性和灵敏度 。
  本文通过专业的流体分析软件分析计算了异径电磁流量计流场的特性,分析探讨了不同条件下,不同参数对其流场动力学特性的影响,分析计算表明异径电磁流量计流场在不同的入口速度,以及不同的电极之间的距离对其流场的特性都有较大的影响,但是在低流速下异径电磁流量计有利于提高计量精度和准确性.本文的仿真计算结果也说明了异径电磁流量计在实际生产和使用中具有可行性, 在低流速下它比常规电磁流量计更具有优势,在管道异径位置的设置和距离上并不一定存在一个*优的结果,在实际设计和应用中要根据具体流场的特性和实际情况而定,以异径管道的选取不能改变原有流场特性为*基本原则。
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