上文提到，管内流体状态并不会影响到电磁流量计的测量结果。无论是湍流，还是层流，都能够有效的测量。所谓层流，即液体以分层的形式在管内流动。管道轴线、层间是平行的，则各层间独立，无混杂（无交换流体质点）情况。流体流量、压力降间关系密切，二者保持正相关关系。如果出现湍流状态，则流体的运行方向将十分复杂，不仅径向，也会同轴线平行，过程非常的剧烈。流量平方、压力降存在正相关关系。  怎样对流体运动状态进行区分是难题。通过关系模型，得到了 Re（雷诺数）。作为无量纲数，Re 同运动流体的粘性、惯性存在关系。具体可见式（2.1）：  

       流体流速平均值为 u，单位 m/s；流束尺寸是 L，单位 m；液体在流动时，存在的运动粘度为v ，单位 m²/s。 

     当 ReD≤2320 时，可判断管内流体为层流。若 ReD＞2320，则管内流体为湍流。在图 2.1，展示了管内流体的不同运动状态： 

       通常情况下，人员会将阻流部件添加到管道，比如，渐扩管、阀门、弯头等。通过阻流件对流体进行干扰，能够改变原有的流场。对阻流件的应用同流速间的关系进行分析，了解流场速度情况，本次设计添加了渐缩管、90°弯头。在图 2.2（b），展示了90°弯头外型、内部网格设计情况。在弯头位置，存在 200mm 曲率半径，管道直径=100mm。考虑到弯头性能的发挥，弯头位置流体达到预期状态。将10D 直管段设置于弯头上部，70 直管段设置于弯头下部。在图 2.2（a），展示了渐缩管几何模型。  

 

2 、电磁流量计的理论分析

       在上文，对电磁流量计进行了数学模型构建，并得到了方程。对于式（1.3），其构建的前提为“管内存在整体流体”。也就是说，管道直径就是流体长，其流动速度的均值是  ，能够对磁力线进行切割，且伴随着感应电动势的生成。另外，在磁力线切割中，还可以从流体微元角度对流动进行讨论[36]。此时，流体微元拥有各自的流速，且有着与自身对应的感生电动势。在电极两端，也可以测量得到电势；微元也可生成单独的感生电动势。针对二者的差异，存在着分期。在研究时，应当考虑微元自身结构，并数学模型的形式对其进行解答。  

 

       考虑到电磁流量计的方程构建操作的微观处理需要，有必要进行权重讨论。通过权重分析，能够对磁场内电极电位差、微元感生电动势关系进行分析，对重点进行关注[37]。  

 

       在图 2.8，展示了电极位置的管道截面结构。δl 为微元对磁力线的切割长度，以 B作为磁场强度，（x，y，z）作为微元坐标，Vz 为微元流动速度。同空间坐标对应，权重函数具有空间函数性质，即 W（x，y，z）。以公式 E=Bδl VZ作为微元生成的感生电动势。电极端受到微元作用，存在三角 U0=W（x，y，z）·E 的电势贡献。流体微元为流体的基本单位，且数量非常的多。对微元感生电动势、对应权重函数进行乘积处理后，在积分操作流体微元。**终，即为电极电势差。  

3  管道中流速的分布对测量的影响  

       在图 2.9，展示了超声流量计的基本结构。从图可以发现，测量信号受到 L 线流体微元影响。也就是说，在对管内流体均速进行计算时，超声流量计主要依靠 L 线流体微元数据进行参照式估计。根据均速，再进行体积流量的**终求解。可见，流场在超声流量计工作时具有显著的地位。如果流场发生改变，测量结果也会改变。通过情况下，要确保测量的精准，即准确的估算管内流体均速，需要湍流发展充分，各项条件是一颗进行 L 线流速估算。为了实现此目的，通常会将直管段安设于上游。当时，电磁流量计并不考虑流场要素，测量工作比较稳定。这样，在直管段安装在上游时，其长度要求不高。  

       如果电磁流量计测量信号并不受外界环境影响，那么该信号就能够准确的反映管道体积流量，所得值非常理想。也就是说，管道流场分布并不对测量信号产生制约。通过算式，进而得到下式： 

       即如果权重函数、磁场分布满足相应条件，那么管道体积流量将对感生电动势产生直接性影响。此时，流速分布并不制约感生电动势值。当然，此类结果仅仅为理论上的考量，对于实践应用，则难以实现。研究者在磁场分布、权重函数方面展开了不同角度的分析，结论也日益丰富。但在电磁流量、速度分布关系的讨论上并未取得关键性结果，还有很长的路要走。  

 

       在上文，笔者通过仿真模拟讨论了管道中存在 90°弯头的情况，观察仿真图，发现弯头位置的流体流场必然出现不同程度的变化。同时，在流体流过弯头后，并不能快速的恢复原有的流场水平。此外，在对阀门、渐扩管等添加的阻件开展研究时，流场情况类似。只有在直管段内流动之后，其各参数方能够恢复到原有水平。在流量计上游位置安装了阻流件后，能够改变流场性质。对于渐缩管，如果直管段非常的短，那么流场就能够实现中心对称，且恢复速度快。  

 

       电磁流量计的研发单位十分重视流场与流量测量的关系，并希望通过结构性更改提高流量计测量的精准度以及独立性。在相关研究中，更倾向于将直管段设置于流量计之前。该直管段长度适中[38]。有实验数据证明，将直管段设置于流量计上游，其长度约为管径的 5-10 倍。

 

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