1.三維實(shí)體模型的建立與簡(jiǎn)化
電磁流量計(jì)實(shí)體模型中不僅包括線圈、線圈架、電極、測(cè)量管、絕緣套、空氣域、流場(chǎng)域等主要部件,還包括平衡柱體、平衡柱套、電纜插頭過(guò)線塞座過(guò)線塞套等輔助零件。由于輔件對(duì)磁場(chǎng)和電極的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)沒(méi)有影響,同時(shí)各個(gè)主要部件上都加工有裝配特征,且這些特征都對(duì)磁場(chǎng)和信號(hào)也沒(méi)有影響,因此為了提高計(jì)算效率，可對(duì)傳感器模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)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(cè)量管域,如圖1f)。
筆者在Solidworks中建立了簡(jiǎn)化的傳感器實(shí)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(yùn)算和網(wǎng)格劃分，由于實(shí)體模型導(dǎo)入后會(huì)丟失體信息，因此模型導(dǎo)入后要重新利用各個(gè)實(shí)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(chǎng)求解軟件。由于整個(gè)有限元模型中的各個(gè)部件都是三維實(shí)體,模型尺寸頗大,在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)會(huì)有大量網(wǎng)格產(chǎn)生,增大計(jì)算量,而該模型中除了流體域和電極是計(jì)算域外,其他部分都不需要參與計(jì)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(jì)算精度,采用自動(dòng)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(guò)渡并不光滑,因此將流體域和空氣域之間的測(cè)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(lèi)型、材料、實(shí)常數(shù)、載荷、邊界條件和場(chǎng)路耦合單元設(shè)置。線圈用銅線實(shí)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(dú)定義為局部柱坐標(biāo)系，軸向?yàn)檎齓方向,其余部件的坐標(biāo)系使用全局笛卡爾坐標(biāo)系，軸向?yàn)檎齓方向。各個(gè)部件的材料參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。
為了實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)勵(lì)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(gè)Circu124分別實(shí)現(xiàn)獨(dú)立電壓源單元和耦合單元,V;節(jié)點(diǎn)的電位定義為0,然后將線圈單元的任意-一個(gè)節(jié)點(diǎn)定義為耦合單元的K節(jié)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)耦合,具體如圖2所示.
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