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文檔簡介
1、<p> 摘 要 介紹了使用ANSYS軟件對油田注水管道內(nèi)的感應(yīng)磁場進行仿真分析的方法。利用ANSYS軟件的特點,通過APLD語言,建立了大量的管道及線圈有限元模型,并對各種實際工況進行分析和求解,提高了效率及準(zhǔn)確度。通過對實際管道進行仿真,建立了管道周圍的交變電磁場分布模型,同時也論證了采用ANSYS軟件在實際工程中進行仿真分析的優(yōu)越性。 </p><p> 關(guān)鍵詞
2、0; 電磁場 有限元 仿真分析 管道</p><p><b> 1 前言</b></p><p> 在油田生產(chǎn)中,注水管道一旦產(chǎn)生結(jié)垢沉積,其危害是相當(dāng)大的。電磁防垢技術(shù)具有不需添加化學(xué)藥劑,不需拆除管道,磁場強度可操作調(diào)節(jié)等優(yōu)點。將電磁防垢技術(shù)應(yīng)用于油田注水管道前景廣闊。對于恒定磁場,磁場強度的大小直接影響到防垢效果,而對于交變磁場的感應(yīng)磁場強度目前
3、無法測量。本文主要利用ANSYS軟件對交變電磁場進行分析,仿真管道內(nèi)的磁場強度及其分布情況,從而有利于設(shè)計高效、實用的電磁防垢系統(tǒng)。</p><p> ANSYS軟件在實際工程中的應(yīng)用非常廣泛,它強大的分析功能及處理、求解功能給人們的工作學(xué)習(xí)帶來極大的方便,提高產(chǎn)品加工質(zhì)量,縮短了設(shè)計周期。本文主要是針對油田注水管道及其外部纏繞的線圈進行建模,分析線圈在管道內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場。由于各種管道的工況條件不同,所纏繞
4、線圈中電流的變化不同,如果使用物理方法進行模擬仿真,不但操作復(fù)雜而且仿真精度差。因此開發(fā)出一個基于ANSYS環(huán)境的管道系統(tǒng)模型,在此基礎(chǔ)上加載線圈電流,進行求解分析,便可完成全部計算及仿真。該仿真使用APLD命令流完成從建模到求解的全部過程。</p><p> 2 管道模型的建立</p><p> 建立三維有限元模型分析磁場。由于ANSYS可以針對三維靜態(tài)電磁場分析,以宏模
5、式預(yù)創(chuàng)建過程完備的線圈,無須考慮時間軸,因此可以選擇三維靜態(tài)電磁場分析某一時間點處管道內(nèi)的磁場分布特性。自頂向下進行實體建模,定義柱體作為基元,利用基元直接構(gòu)造幾何模型。創(chuàng)建模型時注意管道外的線圈應(yīng)為無縫隙密布排列,否則將會存在嚴(yán)重的漏磁現(xiàn)象,影響實驗結(jié)果。其命令流如下所示:</p><p><b> /prep7 </b></p><p> CYLI
6、ND,0.5,0.4,-1,1,0,360, </p><p> CYLIND,0.4,0,-1,1,0,360, !建立管道圓柱模型</p><p> FLST,2,2,6,ORDE,2 </p><p> FITEM,2,1 </p><p&
7、gt; FITEM,2,-2 </p><p> VGLUE,P51X </p><p> RACE,0.51,0.51,0.5,150,0.02,0.6, , , '111' !建立線圈模型</p><p><b> GPLOT </b></p>
8、<p><b> 3 網(wǎng)格劃分</b></p><p> 在單元類型分配時選擇管道材料的單元型為SOLID98—Scalar專用的三維單元類型。線圈的單元類型為SOURC36,它在管道模型建立時已經(jīng)自動定義,無需再次說明。管道模型及其內(nèi)部的注入水均為是非磁性介質(zhì),所以設(shè)置導(dǎo)磁率的值為1。網(wǎng)格劃分的實質(zhì)是由實體模型生成有限元模型。由于線圈為ANSYS以宏格式配備的完
9、備激勵體,無須分配單元類型和劃分網(wǎng)格。</p><p> 如對圓柱形管道(圖1)及其內(nèi)部空氣進行網(wǎng)格劃分,命令流如下:</p><p> ET,2,SOLID98,10 !選取3維實體模型專用單元SOLID98</p><p> MPTEMP, !進入材料屬性設(shè)置環(huán)節(jié) </p><p> MPTEMP,1,0 </p
10、><p> MPDATA,MURX,1,,1 !設(shè)置導(dǎo)磁率為1</p><p><b> ...</b></p><p> ESIZE,0.12,0, !設(shè)置網(wǎng)格密度尺寸</p><p> MSHAPE,1,3D !定義網(wǎng)格劃分對象為3維實體&l
11、t;/p><p><b> MSHKEY,0</b></p><p> CM,_Y,VOLU !對實體分派單元類型</p><p> VSEL, , , ,P51X</p><p> CM,_Y1,VOLU </p><p> CHKMSH,&
12、#39;VOLU' </p><p> CMSEL,S,_Y </p><p><b> !* </b></p><p> VMESH,_Y1 !執(zhí)行實體網(wǎng)格劃分</p><p><b> 4 分析處理</
13、b></p><p> 前處理階段完成建模以后,便可在求解階段獲得分析結(jié)果。選取管道體中所有節(jié)點進行分析,線圈外無任何電磁載荷。對于整個模型選取節(jié)點求解過程約需要1~3分鐘時間,因計算機配置不同而不同。</p><p> 后處理環(huán)節(jié)旨在將計算獲得的數(shù)據(jù)庫按照某種要求將部分?jǐn)?shù)據(jù)提取并以表格或圖形圖像形式展示出來便于分析。最后便可觀察磁場強度三維分布示意圖,圖2所示。命令流如下:&l
14、t;/p><p> /SOLU !進入求解計算環(huán)節(jié)</p><p><b> ANTYPE,0</b></p><p> FLST,2,20561,1,ORDE,8 !施加求解條件約束</p><p><b> ..., </b></p>
15、;<p> MAGSOLV,2, , ,0.001,25,0 !執(zhí)行求解</p><p> FINISH !模型求解計算完畢</p><p> /POST1 !進入通用后處理環(huán)節(jié)</p><p> /VSCALE,1,1,0 !進入查看3維效果圖模式</p><p><
16、;b> ! * </b></p><p> PLVECT,B, , , ,VECT,ELEM,ON,0 !查看3維磁矢分布</p><p><b> ...</b></p><p> 圖1 網(wǎng)格劃分</p><p> 圖2
17、 感應(yīng)磁場三維示意圖</p><p><b> 5 結(jié)論</b></p><p> 綜上所述,本文采用有限元分析法,計算線圈在管道內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)磁場強度,并通過圖形直觀顯示,為管道、線圈以及勵磁電流的設(shè)計提供了分析手段和驗證方法。隨著ANSYS功能的愈加強大,它所應(yīng)用的范圍日益廣泛,已涉及工業(yè)及科學(xué)研究的各個領(lǐng)域,ANSYS軟件具備良好的開發(fā)環(huán)境,界面簡
18、單、操作方便適合更深層次的開發(fā)和研究。</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1]唐興倫等,《ANSYS工程應(yīng)用教程—熱與電磁學(xué)篇》北京:中國鐵道出版社,2002,11 第一版</p><p> [2]黃國權(quán),《有限元基礎(chǔ)及ANSYS應(yīng)用》北京:機械工業(yè)出版社,2004,6 第一版</p><
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