Pesquisa sobre o alcance do sinal do medidor de vazão eletromagnético

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Com o desenvolvimento da indústria de medição de vazão, o medidor de vazão eletromagnético de inserção é amplamente utilizado na medição de vazão em tubulações de grande diâmetro devido ao seu baixo custo, facilidade de instalação e manutenção, etc. Embora a medição do medidor de vazão eletromagnético de inserção seja pontual, a sonda é inserida na tubulação, ou seja, os dois eletrodos na extremidade do medidor são conectados à tubulação. sensor O medidor de vazão eletromagnético plug-in coleta sinais e detecta informações do fluido em uma determinada área. Atualmente, a maioria das pessoas utiliza o método da mecânica dos fluidos (CFD) para simular o campo de fluxo, sendo o método de volumes finitos o método de solução numérica mais utilizado. O software de simulação FLU-ENT, utilizado neste trabalho, é baseado nesse método. No entanto, ao utilizar o método CFD para simular o campo de fluxo do medidor de vazão eletromagnético plug-in, muitas vezes não é possível determinar seu domínio computacional na tubulação, o que dificulta a simulação do sinal. Diante dessa situação, este trabalho utiliza o software FLUENT para realizar uma simulação numérica tridimensional do campo de fluxo na tubulação e propõe o conceito e o método de determinação do alcance de ação do sinal. 1 Princípio básico 1.1 Definição do alcance de ação do sinal De acordo com o princípio de funcionamento do medidor de vazão eletromagnético plug-in, quanto mais distante a área estiver do eletrodo, menor será a intensidade da indução magnética; a uma certa distância, a força eletromotriz gerada pelo fluido ao interceptar a linha do campo magnético será suficientemente fraca para não afetar os resultados do teste do fluido. Portanto, para tubulações de grande diâmetro, o sinal de fluxo detectado pelo eletrodo de medição do sensor do medidor de vazão eletromagnético plug-in é, na verdade, um sinal elétrico em uma determinada área próxima ao eletrodo de medição na tubulação em teste, e não abrange toda a tubulação. Assim, este artigo define claramente o alcance do sinal. O alcance de ação do sinal refere-se a uma determinada área próxima ao eletrodo, na qual a força eletromotriz gerada pelo fluido condutor ao cortar a linha do campo magnético desempenha um papel decisivo no resultado da detecção de fluxo. 1.2 Definição do raio equivalente R No campo de fluxo, quanto mais forte o sinal, mais fácil é sua recepção pelo eletrodo. A intensidade do sinal gerado em cada ponto do campo está relacionada à velocidade do fluxo através desse ponto. Como resultado, a distribuição do campo de fluxo se altera, de modo que os eletrodos não estão equidistantes para coletar sinais efetivos ao seu redor, ou seja, o alcance real do sinal é uma área irregular. Para facilitar a pesquisa, o seguinte método é utilizado para definir o alcance equivalente do sinal. Uma área esférica VR com raio R ao redor do eletrodo torna-se equivalente à contribuição da faixa de sinal real para o sinal, ou seja, satisfaz a fórmula (1). (1) Na fórmula (1), Π é a área total real onde o fluido corta as linhas do campo magnético no campo de fluxo e contribui para o sinal, VR é a área com o eletrodo como centro da esfera, e seu raio R é definido como o raio equivalente, Φ(x, y, z) é o sinal contribuído pelo volume unitário do fluido no espaço de fluxo. Uma vez determinado o raio equivalente R, a faixa de ação do sinal equivalente VR pode ser caracterizada. 1.3 O método de pesquisa do raio equivalente R De acordo com a fórmula de cálculo do fluxo volumétrico, pode-se saber: QV=AU (2) U na fórmula (2) refere-se à velocidade média do fluxo na superfície da seção A. A velocidade do fluxo detectada durante a medição do instrumento deve ser a velocidade média do fluxo dentro da faixa do sinal. O coeficiente de conversão K do instrumento é obtido através da calibração do dispositivo padrão. A velocidade média da superfície da seção transversal (denominada seção mínima) é utilizada para calcular o valor do fluxo. Portanto, na simulação, a velocidade média do fluxo na faixa de atuação do sinal pode ser substituída pela velocidade média do fluxo na seção transversal mínima. Através desse princípio, a faixa de atuação do sinal pode ser determinada e verificada. 1.4 Etapas de análise do raio equivalente R Para a determinação do raio equivalente R, uma simulação numérica é realizada em um duto de grande diâmetro inserido na sonda utilizando o software FLUENT. As etapas são: ① Obter a relação entre o raio r de diferentes regiões e a velocidade média do fluxo na área esférica do raio sob uma determinada velocidade de fluxo U; ② Obter a velocidade média teórica do fluxo na seção transversal mínima de acordo com a equação da continuidade; ③ Utilizar o método de interpolação para determinar o raio equivalente R da faixa de atuação do sinal sob a velocidade de fluxo incidente; ④ Repetir o experimento de simulação variando a velocidade de fluxo incidente. 2 Método de determinação do alcance de ação do sinal 2.1 Determinação do domínio computacional Para garantir a qualidade da malha, a sonda cilíndrica de dois eletrodos, amplamente utilizada em engenharia e com estrutura relativamente simples, foi selecionada como objeto de simulação. O domínio computacional é mostrado na Figura 1. Com base na garantia das seções retas do tubo frontal e traseiro, a água à temperatura e pressão normais foi definida como o fluido de escoamento, a condição de contorno de entrada é a entrada de velocidade, a condição de contorno de saída é a saída de pressão e o modelo k-ε padrão foi selecionado como modelo de escoamento turbulento. As constantes empíricas C1ε, C2ε e C3ε foram consideradas como 1,44, 1,92 e 0,09, respectivamente, e a energia cinética turbulenta e a taxa de dissipação foram consideradas como 1,0 e 1, respectivamente.

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