摘要：電磁流量計開始應(yīng)用于多相流流量測量,運用有限元軟件Ansys對電磁流量計中存在非導(dǎo)電物體建立徑向仿真模型,在徑向截面上研究了流量計中含有非導(dǎo)電物質(zhì)時流量計的響應(yīng)特性,并以此分析了含水率不同對流量計信號的影響,為電磁流量計在多相流測量中提供一定的依據(jù)。
電磁流量計具有對流速分布不太敏感及管道中無阻礙流動的部件等”,將其應(yīng)用于多相流中時具有獨特的優(yōu)點,但電磁流量計的基本理論是建立在單相流上的。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,外加磁場中通過導(dǎo)電流體時,流體切割磁力線可產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,依據(jù)感應(yīng)電動勢的大小可以測量流體的速度和流量。當(dāng)流體中出現(xiàn)非導(dǎo)電物質(zhì)時如油氣泡等),流量計感應(yīng)電動勢會發(fā)生變化，影響流量測量結(jié)果,因此分析非導(dǎo)電物質(zhì)對流量計的響應(yīng)特性是很有必要的。
運用有限元軟件Ansys對電磁流量計測量中出現(xiàn)油氣泡建立徑向截面仿真模型,在此模型下研究油氣泡對電磁流量計敏感場的影響,同時對流體中含水率不同時流量計的響應(yīng)特性進(jìn)行研究,研究結(jié)果可為多相流的電磁感應(yīng)測量提供一定的理論依據(jù)。
1敏感度定義0
電磁流量計的基本方程為:
式中
A一對所有空間積分;
B一磁場強度;
j一虛電流密度,是一個完全由A上的電邊界條件所決定的量;
U一兩電極的電勢差;
V一流體速度。
虛電流決定著電磁流量計測量區(qū)域權(quán)值函數(shù)的分布情況,也就影響著電磁流量計內(nèi)部敏感場分布情況為了定量地考查流量計內(nèi)部非導(dǎo)電物質(zhì)對電磁流量計敏感場的分布影響,定義c為敏感場靈敏度:
其中jx表示有非導(dǎo)電物質(zhì)虛電流在x方向上的分量,x方向即電極方向;力為沒有非導(dǎo)電物質(zhì)時虛電流在x方向上的分量。
2非導(dǎo)電物質(zhì)對流量計影響徑向仿真
探討在電磁流量計徑向截面位置開始出現(xiàn)油氣泡時電磁流量計感應(yīng)信號的響應(yīng)情況。在仿真模型中,設(shè)定這樣-一個過程,在連續(xù)時刻t1、t2、t3、t4流量計電極位置的徑向截面上分別開始出現(xiàn)一個油氣泡非導(dǎo)電物質(zhì)),在1s時刻出現(xiàn)的4個油氣泡的半徑變大。在這一過程中，研究非導(dǎo)電物質(zhì)軸氣泡)的增加與變化對流量計輸出信號的影響情況;這一過程中,流體中的含水率也在變化,同時研究含水率對流量計的影響情況.
圖1所示為流量計截面中油氣泡非導(dǎo)電物質(zhì))增加與變化時的Ansys仿真圖,圖la~e中分別顯示的是t1~t5時刻虛電流x方向分量的An-sys圖。
對Ansys仿真實驗數(shù)據(jù)通過Matlab進(jìn)行結(jié)果分析。圖2a~e分別為1~Is時刻流體中存在油氣泡流量計測量區(qū)域虛電流在x方向.上的分布圖及其等勢圖。從圖中可以看出:當(dāng)流體中油氣泡增加時,流量計測量區(qū)域的敏感場發(fā)生變化，且流體中油氣泡越多,對流量計測量區(qū)域敏感場影響越大。為了更客觀地反應(yīng)這種現(xiàn)象,下面運用敏感場靈敏度e進(jìn)一步進(jìn)行研究。
3仿真結(jié)果分析
為了清晰地獲得以上5種情況下油氣泡對流量計虛電流分布的影響,運用敏感場靈敏度來刻畫非導(dǎo)電物質(zhì)在不同情況下對流量計敏感場靈敏度的響應(yīng)特性。圖3所示為以上5種多個非導(dǎo)電物質(zhì)存在情況對流量計敏感場靈敏度響應(yīng)特性分析。從圖3中可以看出,隨著非導(dǎo)電物質(zhì)的個數(shù)在流體中的增加,流量計敏感場靈敏度也不斷增加，說明對電磁流量計的輸出信號的影響也越大.圖3中t3時刻敏感場靈敏度c較t2時刻增加較小，這是13;時刻增加的油氣泡較小，而在t1~t5時刻增加的油氣泡較大時,流量計敏感場靈敏度c變化較大,說明流體中出現(xiàn)較大的油氣泡對流量計測量影響較大。
圖4所示為流體中含水率與流量計感應(yīng)電流之間關(guān)系。從圖4中可以看出,隨著流量計流體中含水率的增加,流體中虛電流特性（Jb./Jw)也逐漸增加。虛電流特性指的是流體中含有非導(dǎo)電物質(zhì)時虛電流Jb與流體為全水狀態(tài)下虛電流Jw的比值。從仿真圖上可以看出:流體中含水率與流量計的輸出結(jié)果不是簡單的線性關(guān)系,含水率越大,流量計截面就越接近全水狀態(tài)下的測量值。
4結(jié)束語
運用有限元軟件對電磁流量計含有非導(dǎo)電物質(zhì)鈾氣泡)時對流量計敏感場進(jìn)行徑向建模仿真分析,在建立的仿真模型.上分析了流體中出現(xiàn)--系列非導(dǎo)電物質(zhì)時對流量計傳感器截面上敏感場的影響情況,同時也得到了含水率與流量計感應(yīng)信號之間的關(guān)系。仿真結(jié)果可為電磁流量計在多相流的測量提供一定的依據(jù)。
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