近年來(lái),電磁流量計(jì)的內(nèi)部的磁場(chǎng)分部情況備受研究人員的關(guān)注。對(duì)外流式的電磁流量計(jì)的磁場(chǎng)分布情況進(jìn)行仿真研究,對(duì)電磁流量傳感器鞍狀勵(lì)磁線圈磁場(chǎng)分布的計(jì)算方法,對(duì)電磁流量計(jì)權(quán)函數(shù)的數(shù)值進(jìn)行仿真與驗(yàn)證,運(yùn)用ANSYS對(duì)電磁流量計(jì)進(jìn)行建模研究。一種集流型電磁流量計(jì)由于其構(gòu)造的特殊性,被廠廣泛用于石油井下測(cè)量以及其它特殊場(chǎng)合。由于集流型電磁流量計(jì)構(gòu)造的特殊性,其內(nèi)部磁場(chǎng)分部情況比普通結(jié)構(gòu)的電磁流量計(jì)的更為復(fù)雜,對(duì)其內(nèi)部磁場(chǎng)的分布情況的研究對(duì)流量計(jì)的設(shè)計(jì)具有重要的意義。本文運(yùn)用ansys有限元軟件對(duì)這種電磁流量計(jì)內(nèi)部磁場(chǎng)敏感場(chǎng)進(jìn)行建模仿真,并在這種模型下,研究了在電磁流量計(jì)中增加部分磁導(dǎo)率不同的顆粒狀物質(zhì)時(shí),電磁流量計(jì)內(nèi)部磁場(chǎng)分布情況。
1.流量計(jì)結(jié)構(gòu)與磁場(chǎng)分布仿真
集流型電磁流量計(jì)是廣泛用于石油井下測(cè)量,其在流量計(jì)外殼內(nèi)鑲嵌有兩個(gè)發(fā)射磁極和兩個(gè)接收電極。由于在電磁傳感器底部安裝有傘式集流器,當(dāng)流量計(jì)位于指定測(cè)點(diǎn)后,使集流器張開(kāi),以封堵套管和測(cè)井儀器之間流體的流動(dòng)通道,迫使流體全部或絕大部分流經(jīng)電磁傳感器的測(cè)量區(qū)域,并經(jīng)上出液口重新流回井筒,井下集流式流量計(jì)截面結(jié)構(gòu)如圖1中(a)所示。
集流型電磁流量計(jì) ANSYS仿真模型如圖1中(b)所示。圖中,電磁流量計(jì)內(nèi)部水平方向有兩個(gè)磁極,垂直方向有兩個(gè)電極;磁極由磁芯和線圈兩部分組成,即在每個(gè)磁極磁芯的外側(cè)均包裹一層線圈,用來(lái)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。仿真時(shí),傳感器磁極磁芯的長(zhǎng)度為8mm、寬度為4mm,材料為導(dǎo)磁性鐵
芯;磁芯外層包裹線圈的厚度為1mm,材料為銅電極的長(zhǎng)度和寬度均為4mm,材料為不銹鋼螺線管線圈電流加載后,左邊磁極外側(cè)為S極,內(nèi)側(cè)為N極;右邊磁極外側(cè)為N極,內(nèi)側(cè)為S極。采用magnol命令對(duì)上述外流式電磁流量計(jì)磁場(chǎng)分布問(wèn)題進(jìn)行靜態(tài)求解,得到磁感應(yīng)強(qiáng)度B分布和2D磁通線分布,分別如圖2中的(a)和(b)所示?？梢钥闯?在傳感器管道內(nèi)磁場(chǎng)分布較均勻,在靠近磁極表面區(qū)域磁力線密集,表示該部分測(cè)量靈敏度較高。為了更清晰的了解流量計(jì)內(nèi)部磁感應(yīng)場(chǎng)的分布情況,建立電磁流量計(jì)測(cè)量區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布場(chǎng),如圖3所示,從仿真磁感應(yīng)分布圖中可以清楚的獲得各部分的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。
2.管道內(nèi)含磁性物質(zhì)時(shí)電磁流量計(jì)磁場(chǎng)分布仿真
為了考察流體中含有的磁性物質(zhì)時(shí),對(duì)電磁流量計(jì)磁場(chǎng)分布的影響, ANSYS仿真模型如圖4所示的模型。圖中,在傳感器管道測(cè)量區(qū)域內(nèi)設(shè)置直徑磁性球體,并設(shè)定磁性球體的相對(duì)磁導(dǎo)率為:u=10。
對(duì)線圈施加載激勵(lì)電流,并采用esle命令對(duì)ANSYS模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分,采用magsolv命令對(duì)該含磁性物質(zhì)時(shí)電磁流量計(jì)磁場(chǎng)分布問(wèn)題進(jìn)行
靜態(tài)求解,得到了磁感應(yīng)強(qiáng)度B分布和2D磁通線分布,如圖5中(a)和(b)所示。
從圖5可以看出,磁性物質(zhì)流經(jīng)傳感器管道測(cè)量區(qū)域時(shí),磁性物質(zhì)附近的磁場(chǎng)發(fā)生了變化,進(jìn)而影響測(cè)量磁場(chǎng)的整體分布特性。也就是說(shuō),流體中的磁性物質(zhì)同樣會(huì)對(duì)集流型電磁流量計(jì)的測(cè)量造成影響。將仿真結(jié)果數(shù)值化顯示其分布圖如圖6所示,從仿真結(jié)果可以看出,流體中含有磁物質(zhì)時(shí)這部分磁感應(yīng)強(qiáng)度是増大的,是影響整個(gè)空間的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布的。
3.結(jié)束語(yǔ)
集流型電磁流量計(jì)以一種特殊結(jié)構(gòu)在油氣井測(cè)量方面有廣泛的應(yīng)用,本文對(duì)這種特殊結(jié)構(gòu)的流量測(cè)量計(jì)建立仿真模型,利用有限元的方法對(duì)集流式電磁流量計(jì)磁場(chǎng)的測(cè)定進(jìn)行了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)仿真,為利用有限元方法在電磁流量計(jì)的仿真方法中磁場(chǎng)的仿真測(cè)量及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化莫定一定基礎(chǔ)。
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