1.三維實體模型的建立與簡化
電磁流量計實體模型中不僅包括線圈、線圈架、電極、測量管、絕緣套、空氣域、流場域等主要部件,還包括平衡柱體、平衡柱套、電纜插頭過線塞座過線塞套等輔助零件。由于輔件對磁場和電極的感應(yīng)電動勢沒有影響,同時各個主要部件上都加工有裝配特征,且這些特征都對磁場和信號也沒有影響,因此為了提高計算效率，可對傳感器模型進(jìn)行簡化。簡化后的模型包括:1)線圈，如圖1a);2)線圈架，如圖1b);3)電極,如圖1c);4)空氣域，如圖1d);5)流體域,如圖1e);6)測量管域,如圖1f)。
筆者在Solidworks中建立了簡化的傳感器實體模型,然后將其導(dǎo)入強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分軟件HyperMesh中進(jìn)行布爾運算和網(wǎng)格劃分，由于實體模型導(dǎo)入后會丟失體信息，因此模型導(dǎo)入后要重新利用各個實體的面重新生成體。
2.有限元模型的前處理及設(shè)置
Ansys在工程領(lǐng)域強(qiáng)大的求解能力眾所周知(8],故采用Ansys軟件作為電磁場求解軟件。由于整個有限元模型中的各個部件都是三維實體,模型尺寸頗大,在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時會有大量網(wǎng)格產(chǎn)生,增大計算量,而該模型中除了流體域和電極是計算域外,其他部分都不需要參與計算,因此將線圈、線圈架、電極的網(wǎng)格大小設(shè)置為2mm,空氣域的網(wǎng)格大小設(shè)置為3mm,流體域的網(wǎng)格大小設(shè)置為1mm。
有限元網(wǎng)格的質(zhì)量直接影響計算精度,采用自動網(wǎng)格劃分,單元形狀為四面體,粗網(wǎng)格和細(xì)網(wǎng)格之間過渡并不光滑,因此將流體域和空氣域之間的測量管域的網(wǎng)格單元大小設(shè)置為2mm。網(wǎng)格劃分后,導(dǎo)入Anrsys中進(jìn)行單元類型、材料、實常數(shù)、載荷、邊界條件和場路耦合單元設(shè)置。線圈用銅線實現(xiàn),匝數(shù)共6500匝,其截面積為2.72×10-4:mm²,體積為1.49×10-5mm3;線圈坐標(biāo)系單獨定義為局部柱坐標(biāo)系，軸向為正Y方向,其余部件的坐標(biāo)系使用全局笛卡爾坐標(biāo)系，軸向為正Y方向。各個部件的材料參數(shù)設(shè)置見表1。
為了實現(xiàn)電磁流量計勵磁方式的可編程，需要把線圈單元耦合到電路,因此建立2個Circu124分別實現(xiàn)獨立電壓源單元和耦合單元,V;節(jié)點的電位定義為0,然后將線圈單元的任意-一個節(jié)點定義為耦合單元的K節(jié)點以實現(xiàn)耦合,具體如圖2所示.
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