一種電磁流量計權(quán)函數(shù)仿真求解方法介紹
來源:www.wxchgg.com作者:發(fā)表時間:2016-09-11 10:08:34【小中大】
摘 要:電磁流量計權(quán)函數(shù)的求解是電磁流量計研究領(lǐng)域的一個熱點.基于對傳統(tǒng)單對電極電磁流量計流量微分方程的求解結(jié)果,引入Sherlicff權(quán)函數(shù),給出多對電極情況下,電磁流量計權(quán)函數(shù)的表達式.在COMSOL Multiphysics中建立電磁流量計仿真模型,采用有限元數(shù)學分析的方法,將管道測量橫截面微元化劃分,仿真求解出流速微元所在位置與每對電極相對應的權(quán)函數(shù)值,進而驗證權(quán)函數(shù)理論求解結(jié)果與仿真求解結(jié)果具有一致性.
電磁流量計被廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場和測量領(lǐng)域,它是一種根據(jù)法拉第電磁感應定律制造的用來測量導電介質(zhì)的體積流量的感應式儀表.該電磁流量計為非侵入式測量工具,其傳感器構(gòu)造簡單,測量時無壓力損失,不受被測介質(zhì)溫度、密度、粘度等因素的影響,而且能夠測量多相流介質(zhì)的體積流量.電磁流量計權(quán)函數(shù)用來表示測量管道內(nèi)不同位置流體質(zhì)點對電極間產(chǎn)生的感應電壓的貢獻大小,是電磁流量計流量測量理論的重要參數(shù),而且它與流量計中流體的流型無關(guān),僅僅由流量計傳感器結(jié)構(gòu)決定.電磁流量計權(quán)函數(shù)求解結(jié)果的精確程度,直接影響到流量計測量精度,而且權(quán)函數(shù)的求解,是單相流或多相流流體流速分布不均勻、非滿管等流量測量的理論基礎.目前,求解權(quán)函數(shù)是電磁流量計領(lǐng)域的一個研究熱點,本文從理論和仿真兩個方面求解權(quán)函數(shù).
權(quán)函數(shù)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作為一款基于全新有限元理論、直接以偏微分方程為研究對象的大型數(shù)值仿真軟件,成功地實現(xiàn)了任意多物理場、直接、雙向、實時耦合,在全球領(lǐng)先的數(shù)值仿真領(lǐng)域里得到了廣泛的應用.COMSOL Multiphysics用數(shù)學方法求解真實世界的物理現(xiàn)象,通過高效率的計算機能與優(yōu)秀的多場雙向直接耦合,其分析能力為使用者提供了精確度高、數(shù)據(jù)全面的仿真.
本文研究對象是內(nèi)徑為80mm的測量管道,在權(quán)函數(shù)仿真求解時,假定采用9對電極,它們的位置如圖4所示,電極對在y 軸上的坐標,按照從管道頂部到底部的順序分別是32,24,16,8,0,-8,-16,-24,-32mm,電極對之間的連線與磁場強度方向垂直.本文采取有限元的數(shù)學分析方法仿真求解電磁流量計權(quán)函數(shù)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.
(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為適當?shù)闹担樘岣叻抡嫘Ч疚脑O置為500m/s),而其他流體像素中的流速為0m/s.
(2)仿真模型求解后,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為500m/s,在每對電極上會產(chǎn)生感應電動勢,利用COMSOL Multiphysics中“后處理”下的“數(shù)據(jù)顯示”,根據(jù)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產(chǎn)生的感應電壓.
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