油气泡对电磁流量计影响径向仿真研究.pdf

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1、化工自动化及仪表第40卷油气泡对电磁流量计影响径向仿真研究王月明1’2孔令富2李英伟2(1．内蒙古科技大学数理生学院，内蒙古包头014010；2．燕山大学信息工程学院，河北秦皇岛066004)摘要电磁流量计开始应用于多相流流量测量，运用有限元软件Ansys对电磁流量计中存在非导电物体建立径向仿真模型，在径向截面上研究了流量计中含有非导电物质时流量计的响应特性，并以此分析了含水率不同对流量计信号的影响，为电磁流量计在多相流测量中提供一定的依据。关键词电磁流量计非导电物质油气泡仿真中图分类号TQ056．1+5文献标识码A文章编号1000

2、-3932(2013)09-1134-03电磁流量计具有对流速分布不太敏感及管道中无阻碍流动的部件等⋯，将其应用于多相流中时具有独特的优点，但电磁流量计的基本理论是建立在单相流上的。根据电磁感应定律，外加磁场中通过导电流体时，流体切割磁力线可产生感应电动势，依据感应电动势的大小可以测量流体的速度和流量。当流体中出现非导电物质时(如油气泡等)，流量计感应电动势会发生变化，影响流量测量结果，因此分析非导电物质对流量计的响应特性是很有必要的。王月明等运用Ansys对流体中存在相互重叠的油气泡对流量计敏感场影响进行了分析研究旧1，并在二维轴

3、向模型下对连续油起泡对流量计的敏感场影响进行分析研究[31；KangDH等对流体中有段塞流的数值信号的预测和校准进行了研究Ho。ZhangXZ在简化的二维模型下求解了气泡处于流量计横截面不同位置时虚电流的分布情况"1。笔者运用有限元软件Ansys对电磁流量计测量中出现油气泡建立径向截面仿真模型，在此模型下研究油气泡对电磁流量计敏感场的影响，同时对流体中含水率不同时流量计的响应特性进行研究，研究结果可为多相流的电磁感应测量提供一定的理论依据。1敏感度定义电磁流量计的基本方程为"】：U=』(雷×，)·地(1)^式中A——对所有空间积分；

4、曰——磁场强度；j——虚电流密度，是一个完全由A上的电边界条件所决定的量；U——两电极的电势差；y——流体速度。虚电流决定着电磁流量计测量区域权值函数的分布情况，也就影响着电磁流量计内部敏感场分布情况HJ。为了定量地考查流量计内部非导电物质对电磁流量计敏感场的分布影响，定义c为敏感场灵敏度：『

5、丘一ZIdA弘丽dA(2)f皖I、’^其中，歹。表示有非导电物质虚电流在茗方向上的分量，髫方向即电极方向；Z为没有非导电物质时虚电流在茗方向上的分量。2非导电物质对流量计影响径向仿真笔者探讨在电磁流量计径向截面位置开始出现油气泡时电磁流量计感

6、应信号的响应情况。在仿真模型中，设定这样一个过程，在连续时刻t，、t：、t，、t。，流量计电极位置的径向截面上分别开始出现一个油气泡(非导电物质)，在t，时刻出现的4个油气泡的半径变大。在这一过程中，研究非导电物质(油气泡)的增加与变化对流量计输出信号的影响情况；这一过程中，流体中的含水率也在变化，同时研究含水率对流量计的影响情况。图1所示为流量计截面中油气泡(非导电物质)增加与变化时的Ansys仿真图，图1a—e中分收稿日期：2012-09—16(修改稿)基金项目：国家科技重大专项(2008ZX05020-005)资助项目第9期王

7、月明等．油气泡对电磁流最汁影响径向仿真研究别显示的是t。一t，时刻虚电流戈方向分量的An．sys图。O。◇图1油气泡存在流量计中石方向虚电流分布情况对Ansys仿真实验数据通过Matlab进行结果分析。图2a—e分别为t．～t，时刻流体中存在油气泡流量计测量区域虚电流在z方向上的分布图及其等势图。从图中可以看出：当流体中油气泡增加时，流量计测量区域的敏感场发生变化，且流体中油气泡越多，对流量计测量区域敏感场影响越大。为了更客观地反应这种现象，下面运用敏感场灵敏度c进一步进行研究。：鹫≤鬻：：：二委量、。菇P霉：‘氡_、霭ip：禽≮矗

8、f孟”I一?＼、，一1——一’—————j—7⋯————]曩兰蚤剩日嚆o∞D曲3淞砖由j静掣簖“陵园e·‘=‘5图2t时刻流量计中x方向虚电流分布情况及其等势图3仿真结果分析为了清晰地获得以上5种情况下油气泡对流量计虚电流分布的影响，运用敏感场灵敏度来刻画非导电物质在不同情况下对流量计敏感场灵敏度的响应特性。图3所示为以上5种多个非导电物质存在情况对流量计敏感场灵敏度响应特性分析。从图3中可以看出，随着非导电物质的个数图3t。～￡，时刻流量计敏感场灵敏度响应特性分析■．

9、一一1136化工自动化及仪表第40卷在流体中的增加，流量计敏感

10、场灵敏度也不断增加，说明对电磁流量计的输出信号的影响也越大。图3中t，时刻敏感场灵敏度c较t：时刻增加较小，这是t，时刻增加的油气泡较小，而在t，～t，时刻增加的油气泡较大时，流量计敏感场灵敏度c变化较大，说明流体中出现较大的油气泡对