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    插入式電磁流量計的研究范圍

    時間:2016/9/3閱讀:1453
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    1 基本原理

    1.1 信號作用范圍的定義

    根據(jù)插入式電磁流量計的工作原理,距離電極越遠(yuǎn)的區(qū)域,其磁感應(yīng)強(qiáng)度越弱;當(dāng)遠(yuǎn)到一定距離時,該處流體切割磁感線所產(chǎn)生 的電動勢弱到不會對流體檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。所以,對于大口徑管道,插入式電磁流量計傳感器探頭電極能檢測到的流量信號實(shí)際上是被測管道內(nèi)傳感器探頭附近某 一空間區(qū)域的電信號,而并非覆蓋整個管道。

    所以,本文對信號作用范圍做了一明確定義。信號作用范圍是指電極附近的某一空間區(qū)域,該區(qū)域內(nèi)導(dǎo)電流體切割磁感線所產(chǎn)生的電動勢對流量檢測結(jié)果起決定性作用。

    1.2 等效半徑R的定義

    在流場中,信號越強(qiáng)則越容易被電極接收到,場內(nèi)每點(diǎn)產(chǎn)生的信號大小與流過該點(diǎn)的流速有關(guān),而插入式電磁流量計由于探頭的 插入導(dǎo)致流場分布發(fā)生變化,故可知電極不是在其周圍等距離的采集有效信號,即實(shí)際的信號作用范圍是不規(guī)則的區(qū)域。為了方便研究,用下述方法定義等效信號范 圍。一個在電極周圍的具有半徑R的球形區(qū)域VR,使它與實(shí)際信號作用范圍對信號產(chǎn)生的貢獻(xiàn)是等效的,即滿足式(1)。

        (1)

    式(1)中,Π為流體在流場中切割磁感線對信號產(chǎn)生貢獻(xiàn)的實(shí)際總體區(qū)域,VR為以電極為球心的區(qū)域,其半徑R定義為等效半徑,Φ(x,y,z)是流動空間中流體單位體積貢獻(xiàn)的信號。只要確定出等效半徑R,就能表征出等效信號作用范圍VR。

    1.3 等效半徑R研究方法

    根據(jù)體積流量的計算公式可知:

    QV=AU   (2)

    式(2)中U指的是截面A的面平均流速。而在儀表測量時實(shí)際檢測到的流速應(yīng)該是信號作用范圍內(nèi)的整體平均流速,通過標(biāo)準(zhǔn) 裝置檢定得到儀表的轉(zhuǎn)換系數(shù)K,可以把信號作用范圍內(nèi)的整體平均流速轉(zhuǎn)換成電極所在位置處管道zui小橫截面(簡稱zui小截面)的面平均流速,從而計算出流量 值。故在仿真時可以把信號作用范圍內(nèi)的平均流速代替zui小截面的平均流速,通過這個原理可以對信號作用范圍進(jìn)行求解和驗(yàn)證。

    1.4 等效半徑R分析步驟

    關(guān)于等效半徑R的確定,以FLUENT軟件對插入探頭的大口徑管道進(jìn)行數(shù)值模擬。步驟為:①求得某一來流速度U下,不同 區(qū)域半徑r與該半徑球形區(qū)域范圍內(nèi)平均流速之間的關(guān)系;②根據(jù)連續(xù)性方程求得zui小截面的理論平均流速;③利用插值方法確定該來流速度下信號作用范圍的等效 半徑R;④改變來流速度重復(fù)此模擬實(shí)驗(yàn)。

    2 信號作用范圍的確定方法

    2.1 確定計算域

    為了保證網(wǎng)格質(zhì)量,選擇工程上使用十分廣泛、結(jié)構(gòu)較為簡單的圓柱二電極探頭作為仿真對象,計算域如圖1所示。在保證前后 直管段的基礎(chǔ)上,設(shè)定常溫常壓下水為流動介質(zhì),入口邊界條件為速度入口,出口邊界條件為壓力出口,選擇標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型為湍流模型,其經(jīng)驗(yàn)常數(shù)C1ε、 C2ε、C3ε分別取1.44、1.92、0.09,湍動能和耗散率分別取1.0和1.3。

    根據(jù)信號作用范圍概念可知,只要探頭能夠檢測到流量信號,表明該處的流動一定在磁場區(qū)域范圍內(nèi),則計算域內(nèi)的平均速度為:

        (3)

    式(3)中Vr為計算區(qū)域,u(x,y,z)為速度函數(shù)。

    圖1 插入式電磁流量計計算域

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