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電磁流量計

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一种電磁流量計權函數仿真求解方法介绍

來源:www.acapulcoshops.com作者:发表时间:2016-09-11 10:08:34

摘 要:電磁流量計权函数的求解是電磁流量計研究领域的一个热点.基于对传统单对电极電磁流量計流量微分方程的求解结果,引入Sherlicff权函数,给出多对电极情况下,電磁流量計权函数的表达式.在COMSOL Multiphysics中建立電磁流量計仿真模型,采用有限元数学分析的方法,将管道测量横截面微元化划分,仿真求解出流速微元所在位置与每对电极相对应的权函数值,进而验证权函数理论求解结果与仿真求解结果具有一致性.

電磁流量計被广泛应用于工业现场和测量领域,它是一种根据法拉第电磁感应定律制造的用来测量导电介质的体积流量的感应式仪表.该電磁流量計为非侵入式测量工具,其传感器构造简单,测量时无压力损失,不受被测介质温度、密度、粘度等因素的影响,而且能够测量多相流介质的体积流量.電磁流量計权函数用来表示测量管道内不同位置流体质点对电极间产生的感应电压的贡献大小,是電磁流量計流量测量理论的重要参数,而且它与流量计中流体的流型无关,仅仅由流量计传感器结构决定.電磁流量計权函数求解结果的精确程度,直接影响到流量计测量精度,而且权函数的求解,是单相流或多相流流体流速分布不均匀、非满管等流量测量的理论基础.目前,求解权函数是電磁流量計领域的一个研究热点,本文从理论和仿真两个方面求解权函数.

權函數仿真求解

采用COMSOL Multiphysics多物理場耦合仿真軟件對本文中所有的有限元進行建模仿真.COMSOL Multiphysics作爲一款基于全新有限元理論、直接以偏微分方程爲研究對象的大型數值仿真軟件,成功地實現了任意多物理場、直接、雙向、實時耦合,在全球領先的數值仿真領域裏得到了廣泛的應用.COMSOL Multiphysics用數學方法求解真實世界的物理現象,通過高效率的計算機能與優秀的多場雙向直接耦合,其分析能力爲使用者提供了精確度高、數據全面的仿真.
        本文研究对象是内径为80mm的测量管道,在權函數仿真求解时,假定采用9对电极,它们的位置如图4所示,电极对在y 轴上的坐标,按照从管道顶部到底部的顺序分别是32,24,16,8,0,-8,-16,-24,-32mm,电极对之间的连线与磁场强度方向垂直.本文采取有限元的数学分析方法仿真求解電磁流量計權函數值,將流動橫截面按照圖4劃分成了許多4mm×4mm的正方形流體像素,其中的實心正方形像素表示有流速填充的流體像素.

流体像素的划分和仿真像素位置

(1)在仿真模型中進行仿真時,圖4中實心流體像素的流速設置爲適當的值(爲提高仿真效果,本文設置爲500m/s),而其他流體像素中的流速爲0m/s.
(2)仿真模型求解後,可以依次獲得9對電極間的感應電壓U1~U9.感應電壓U1~U9的求解過程如下:在仿真模型中,實心流體像素中流速設置爲500m/s,在每對電極上會産生感應電動勢,利用COMSOL Multiphysics中“後處理”下的“數據顯示”,根據已知的每個電極坐標,COMSOL軟件就自動計算出每個電極上的感應電動勢,如圖5和圖6所示,由此可以得到實心流體像素在每對電極間産生的感應電壓.