目前，大多数人使用流体动力学（CFD）方法来模拟流场，而广泛使用的数值解法是有限体积法。本文中使用的仿真软件FLU-ENT就是基于此。很多人使用CFD方法对插入式电磁流量计进行流场模拟，往往无法确定其管道中的计算域，导致其信号模拟难以实现。针对这种情况，本文采用FLUENT软件对管道内流场进行三维数值模拟，提出了信号幅度的概念和确定方法。
1基本原则
1.1信号范围的定义
根据插入式电磁流量计的工作原理，离电极越远，磁感应强度越弱;当远离一定距离时，由流体切割磁感应线产生的电动势较弱而不能检测流体。测试结果会有影响。因此，对于大直径管道，插入式电磁流量计的探针电极可以检测到的流量信号实际上是待测管道中传感器探头附近空间区域的电信号，而不是覆盖整个管道。
因此，本文给出了信号范围的明确定义。信号作用范围是指电极附近的特定空间区域。通过切割该区域中的导电流体中的磁感应线而产生的电动势在流量检测结果中起决定性作用。
1.2等效半径R的定义
在流场中，信号越强，电极越容易接收。在场中每个点产生的信号的大小与该点处的流量有关，插入式电磁流量计由于插入探头而改变流场的分布。因此，可以看出，电极并不等距地收集周围的有效信号，即实际的信号范围是不规则的。为了便于研究，等效信号范围由以下方法定义。在电极周围半径为R的球形区域VR对实际信号范围等效的信号有贡献，即满足方程（1）。
（1）在公式（1）中，氦气是切割流场中的磁感线信号的流体。在实际的贡献总面积中，VR是电极是球体中心的区域，其半径R被定义为等效半径，Φ（x，y，z）是对单位贡献的信号流动空间中流体的体积。只要确定了等效半径R，就可以表征有效信号范围VR。
1.3等效半径R研究方法
根据体积流量的计算公式，我们可以知道：
QV = AU（2）
公式（2）中的U是指区域A的区域平均速度。仪表测量时的实际检测流速应该是信号范围内的整体平均流速。仪表的转换系数K可以通过标准的设备验证获得。信号范围内的整体平均流速可以转换成电极位置处的小管道。横截面的平均流速（缩写为小横截面）来计算流量值。因此，在模拟中，可以使用信号范围内的平均流速来代替小横截面的平均速度。通过这个原理，信号范围可以被解决和验证。
1.4等效半径R分析程序
为了确定等效半径R，使用FLUENT软件来模拟插入探头的大直径管道。步骤是：1获得一定流速U，不同区域半径r与半径球面积内的平均流速之间的关系; 2根据连续性方程得到小横截面的理论平均流速; 3使用插值法确定进入流速时信号作用范围的等效半径R; 4通过改变流速来重复这个模拟实验。
2如何确定信号范围
2.1确定计算域
为了保证电网的质量，选择采用结构非常广泛，结构简单的圆柱形双电极探头对仿真对象，计算域如图1所示。 1。在确保前后直管段的基础上，以常温常压水为流动介质，入口边界条件为速度入口，出口边界条件为压力出口。选择标准k-ε模型作为湍流模型，其经验常数C1ε，C2ε，C3ε分别为1.44,1.92和0.09，湍流动能和耗散率分别为1.0和1.3。
根据信号范围的概念，只要探头能够检测到流量信号，表明该位置的流量在磁场范围内，则计算域的平均速度为：
（3）公式（3）中，Vr是计算区域，u（x，y，z）是速度函数。
插电磁流量计计算领域
图1插入式电磁流量计计算域
2.2小节理论流量的求解
本研究的背景是用于测量大直径管道流量的插入式电磁流量计。因此，所使用的管道模型是具有以下尺寸的大直径管道：管道直径为400mm，探头半径为32mm，电极半径为5mm，探头插入深度为120mm。
从连续性方程可以得到：
（4）式（4）中，U为实际流速，A1为管道截面积，
为小截面的理论流量，A2为小截面积。使用GAMBIT软件建立模型，我们可以直接得到A2 = 117961.70mm2。以流速在0.5〜10 m / s范围内的6个速度点，可以由式（4）得到以不同流入速度流动的小横截面上的理论流量
。2.3计算域中的平均速度与计算域的半径之间的关系
以10〜80mm范围内的计算域半径为参照，采用GAMBIT软件建立模型，然后用FLUENT软件进行模拟，得到与计算域不同半径对应的体积加权平均速度，如如表1所示。
表1不同的米计算域的半径处的平均流速
从表1中的数据可以看出，随着计算域半径的增加，计算域内的平均流速逐渐减小。这是因为当计算区域的半径较小时，探头附近的湍流强烈，导致该区域的平均流速过大。当计算域的半径大时，外部区域中的流体流动减弱。该区域在信号中不起决定性作用，导致平均流速太小，并且还表明存在有效的信号范围。
为了获得不同流速下的等效半径，使用MATLAB对每组数据的相应理论流量进行插值，并获得表2中所示的数据。
表2不同入流速度下的等效半径
2.4确定R
从表2可以看出，虽然流速不同，但相应的等效半径之差并不是很大，甚至可以说是非常接近。计算任意不同流速下的计算域半径和流速曲线之间的关系以进行比较，如图2所示。从图中可以看出，虽然流速不同，但计算半径域相同，即横坐标相同，曲线形状非常相似。因此，它可以被视为等值的一半路径的大小与流速无关。
从上面的分析可以得出结论，等效半径R是一个固定值，也就是说，获得的等效信号的范围是一个固定值。也就是说，在流量传感器的磁路系统不变的情况下，有效信号范围不随流速的变化而变化。
为了减少计算误差并提高数据的置信度，表3中每个等效半径的平均值为R，即：
表3仪器值和仿真值的比较
（5） 
图2在任意两个流量下信号范围的比较
3实验结果和仿真结果分析
为了验证通过上述方法获得的插入式电磁流量计的等效信号作用范围的可靠性，将这种尺寸的传感器探头形状加工成流量计原型，以对具有孔直径为400mm，插入深度也保持不变。在120毫米。如表3所示，将测得的体积流量与模拟流量进行比较，其中用于计算模拟流量指示的流量是上述等效信号范围内的平均流量。
从表3中的数据可以看出，原型测量的流量和模拟产生的流量两者之间的误差非常小，并且大的指示误差不超过-0.78％，这充分证明了使用等效信号范围内的平均流速来代替该部分中的平均流速的可行性测试管道。有效信号范围的存在和判定方法的正确性。
4。结论
CFD方法用于模拟大直径管道中插入式电磁流量计的流场。与实验数据相比较，CFD方法被用来确定信号范围的可行性。可以得出以下结论：信号范围由插入式电磁流量计本身的硬件决定。一旦制作了插入式电磁流量计，有效信号范围就已经确定，并且不会受到流体流速的影响。影响;但是当其磁路系统改变时，此时信号的作用范围的大小也会改变。这为插入式电磁流量计插入管道后的流场分析提供了更好的方法和方法。
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