油泡對電磁流量計內(nèi)部敏感場的影響 發(fā)布時間:2020-10-6 09:11:13
摘要:借助電磁流量計管道中含有油泡時虛電流分布的理論模型,分別利用Ansys軟件與Schwartz交替迭代法求解敏感場內(nèi)的電勢分布和虛電流分布規(guī)律。仿真結(jié)果表明:在電極附近,虛電流值達(dá)到最大值;在被測區(qū)域內(nèi),虛電流的分布在油泡附近區(qū)域有明顯的起伏變化,在油泡內(nèi)部虛電流的值為零;虛電流的分布因油泡的存在而變得更加復(fù)雜,油泡越大,對電磁流量計影響面越大。 電磁流量計應(yīng)用于多相流中,當(dāng)電磁流量計應(yīng)用于油井測量時,流體中會存在油泡,對電磁流量計測量有--定影響,因此分析油泡對流量計內(nèi)部敏感場是必要的。 1仿真模型 電磁流量計管道內(nèi)軸線位置含--柱狀油泡時的仿真模型如圖I所示。圖中,電磁傳感器內(nèi)徑為2a,高度為2b;磁場強(qiáng)度垂直于紙面向里,感應(yīng)電極位于傳感器兩側(cè),且右側(cè)為正電極,左側(cè)為負(fù)電極。一個底面直徑為2ao、高為260的柱狀油泡位于電磁傳感器軸線位置上,其上底面至傳感器軸向中心處的距離為L。流量計兩個電極位于x軸上,y軸在流量計的中軸線上,x軸與y軸構(gòu)成直角坐標(biāo)系。 2理論基礎(chǔ). 按照上述的仿真模型,其內(nèi)部感應(yīng)電動勢可用Laplace方程V2G=0來描述,在二維直角坐標(biāo)系下其滿足的邊界條件為 令G=G0+G*,其中G0為不含油泡即傳感器內(nèi)部僅充以連續(xù)水相時敏感場內(nèi)的電勢分布,其滿足Laplace方程Δ2Go=0的邊界條件,采用分離變量法,可求得G0的解為 式G=Go+G"中,G"為加人柱狀油泡后所引起的電勢變化。為了求解G*,把傳感器敏感區(qū)域分解為如下4個子區(qū)域 式中λ1n=uπ/2b,λ2n=nπ/2α;An、Bn、Cn和Dn為待定系數(shù),采用Schwartz交替迭代法可以求出這些未知系數(shù)。G1*、G2*、G3*和G4*的計算結(jié)果與式(3)相加,即得軸向位置含一柱狀油泡時電磁傳感器內(nèi)部電勢G的解,進(jìn)而可計算出此時電磁流量計的響應(yīng)特性。 3數(shù)值仿真 在Matlab環(huán)境下,利用交替迭代法求解未知系數(shù),可得到各區(qū)域中虛電流勢變化值的表達(dá)式,進(jìn)而獲得電磁流量計內(nèi)部虛電流的分布情況。圖2給出了軸向位置含一柱狀油泡時電磁流量計內(nèi)部虛電流的分布圖。從圖2可以明顯地看出,在油泡內(nèi)部虛電流的值為0,在電極位置處虛電流達(dá)到最大.值;油泡的出現(xiàn)對電磁流量計內(nèi)部虛電流大小及分布造成了一定的影響,從而改變了電磁流量計的輸出結(jié)果。 4Ansys實驗仿真 運用有限元軟件對電磁流量計含有--個油泡時流量計敏感場進(jìn)行建模仿真,圖3為含油泡時電磁流量計虛電流分布圖。從仿真圖上可以看出,油泡影響著電磁流量計的敏感場,在油泡附近虛電流發(fā)生了變化,油泡影響其附近的區(qū)域的虛電流分布,但油泡內(nèi)部虛電流大小近似相等。 5結(jié)語 建立了管道軸線位置含球形油泡時電磁流量計內(nèi)部敏感場分布的理論模型,利用Ansys軟件仿真與Schwartz交替迭代法求解了敏感場內(nèi)的虛電流分布,最后得到結(jié)論:在電極附近,虛電流值達(dá)到最大值;在被測區(qū)域內(nèi),虛電流在絕緣油泡周圍有所變化,在油泡內(nèi)部虛電流的值為0。從仿真結(jié)果可知,油泡的存在使電磁流量計虛電流的分布變得復(fù)雜。
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