NGHIÊN cứu NHỮNG yếu tố ẢNH HƯỞNG đến lực LORENTZ TRONG lưu LƯỢNG kế từ THỦY ĐỘNG lực

M CL C Trang ta Quyt nh giao ti Lý lch cỏ nhõn Li cam oan Li cm t Túm tt Mc lc Danh sỏch cỏc t vit tt v ký hiu khoa hc Danh sỏch cỏc hỡnh Ch ng 1: Tng quan TRANG i iii iv v vii ix xi 1.1 Tng quan chung v lnh vc nghiờn cu, cỏc kt qu nghiờn cu v ngoi nc ó cụng b 1.1.1 Gii thiu v t thy ng lc hc (MagnetoHydroDynamics_MHD) 1.1.2 o lu lng cht lng, cht khớ cụng nghip 1.1.3 Mt s kt qu nghiờn cu v ngoi nc 1.2 Mc ớch ca ti 1.3 Nhim v ca ti v gii hn ti 1.4 Phng phỏp nghiờn cu Ch ng C S Lí THUY T 2.1 Lý thuyt v t thy ng lc hc (MagnetoHydroDynamics_MHD) 2.1.1 Khỏi nim 2.1.2 Vớ d in hỡnh v t thy ng lc hc 2.1.3 Nguyờn lý t thy ng lc hc 2.1.4 Cỏc phng trỡnh c bn 10 2.1.4.1 Phng trỡnh Navier Stokes 10 2.1.4.2 Phng trỡnh Maxwell 10 2.1.4.3 nh lut Ohm 11 2.1.4.4 Phng trỡnh lc Lorentz 11 2.2 Dũng in xoỏy (Eddy Currents) 13 2.3 K thut o lu lng ca cỏc dũng kim loi húa lng 15 vii 2.3.1 Lu lng k in t DC 15 2.3.1.1 Lch s hỡnh thnh 15 2.3.1.2 Lu lng k quy np in t 16 2.3.1.3 Lu lng k lc Lorentz 17 2.3.1.4 Lu lng k quay 17 2.3.2 Lu lng k in t AC 17 2.3.2.1 Lu lng k dũng in xoỏy 17 2.3.2.2 Lu lng k khụng tip xỳc quy np Tomography (CIFT) 18 Ch ng L U L NG K L C LORENTZ 19 3.1 Gii thiu 19 3.2 Nguyờn lý c bn 20 3.3 Lu lng k thụng lng theo chiu dc 22 3.4 Lu lng k thụng lng theo chiu ngang 25 3.5 S tng tỏc ca lng cc t vi dũng lu cht chuyn ng ng nht 28 3.5.1 T trng s cp 28 3.5.2 Dũng in th cp 30 3.5.3 T trng th cp 31 3.5.4 Lc Lorentz 33 Ch ng KH O ST CC Y U T CHNH NH H NG N L C LORENTZ 35 4.1 S nh hng ca tc ti lc lorentz 35 4.2 S nh hng ca in dn sut ti lc Lorentz 38 4.3 S nh hng ca mt t húa ti lc Lorentz 41 4.4 S nh hng ca chiu cao ( dy) ca kim loi ti lc lorentz 41 4.5 S nh hng ca gụng t ti lc Lorentz 42 Ch ng K T LU N 5.1 Kt lun 48 48 5.2 Hn ch 49 5.3 Hng phỏt trin ti TI LI U THAM KH O 49 50 viii DANH SCH CC T VI T T T V Kí HI U KHOA H C Cỏc t vi t t t MHD: MagnetoHydroDynamics (t thy ng lc hc) LFF: Lorentz force flow meters(lu lng k lc Lorentz) CIFT: Contactless Inductive Flow Tomography (Lu lng k khụng tip xỳc quy np Tomography) Ký hi u khoa hc F: l lc tỏc ng B: l t trng E: l in trng q: l in tớch ca ht mang in chuyn ng v: l tc chuyn ng x: l phộp nhõn cú hng vector : l mt cht lng P: l ỏp sut ca dũng chy : nht ng hc ca cht lng à: l t thm : l in dn sut ca dũng lu cht S: l nhy ca lu lng k j: l mt dũng in dF: l lc Lorentz tỏc dng lờn mt khu vc nh trờn mt phõn b in tớch u liờn tc dq: l in tớch ti khu vc nh dV:mt n v th tớch f : l lc Lorentz trờn mt n v th tớch (hay l mt lc lorentz) J(r): dũng in cun dõy B(r): t trng dũng in s cp to j(r): dũng in xoỏy c gõy bi s chuyn ng ca dũng lu cht di tỏc dng ca t trng s cp (r): in th ix b(r): l t trng th cp , , : ta cu , , : cỏc vector n v ca ta cu : l xoỏy :l s súng khụng th nguyờn ca t trng m: moment lng cc t h: khong cỏch t lng cc t ti mt cht lng d : dy lp cht lng R: bỏn kớnh ng dn hỡnh trũn g( ) : hm chc nng x DANH SCH CC HèNH HèNH Hỡnh 2.1: Hỡnh nh cc quang t nhiờn TRANG Hỡnh 2.2: Chiu chuyn ng ca in tớch q t trng Hỡnh 2.3: Qui tc xỏc nh chiu dũng in Hỡnh 2.4: Lc Lorentz trờn in tớch q 11 Hỡnh 2.5: Lc Lorentz trờn in tớch dq 11 Hỡnh 2.6: Qu o in tớch t trng 12 Hỡnh 2.7: Dũng in xoỏy vt liu dn in 13 Hỡnh 2.8: Hỡnh nh dũng in xoỏy trng hp khụng cú vt nt (hỡnh bờntrỏi) v trng hp cú vt nt (hỡnh bờn phi) 14 Hỡnh 2.9: Hỡnh nh dũng in xoỏy suy gim theo sõu ca vt liu dn in 15 Hỡnh 3.1a: T trng sinh bi cun dõy 20 Hỡnh 3.1b: T trng sinh bi nam chõm vnh cu 20 Hỡnh 3.2 S tng tỏc ca dũng lu cht vi t trng 21 Hỡnh 3.3 S di chuyn ca mt dũng lu cht ng nht vi dn in tng tỏc vi mt lng cc t cú hng vuụng gúc vi b mt 29 Hỡnh 3.4 S phõn b ca dũng in xoỏy lng cc t tỏc dng lờn dũng lu cht 31 Hỡnh 3.5 cu trỳc ca t trng s cp c sinh lu cht tng tỏc vi lng cc t: (a) lp mng (b) trng hp chung; (c) lp na vụ hn 33 Hỡnh 4.1: S cu to ca lu lng ktrong COMSOL Multiphysics 35 Hỡnh 4.2: Lc lorentz v tc 36 Hỡnh 4.3:Chiu lc lorentz dn cú gụng t (mi tờn mu xanh) 36 Hỡnh 4.4a:S phõn b lc lorentz dn ti x=0cm tc thay i 37 Hỡnh 4.4b: S phõn b lc lorentz dn ti x=3cm tc thay i 37 Hỡnh 4.4c: S phõn b lc lorentz dn ti x=5cm tc thay xi i 37 Hỡnh 4.5: Lc lorentz v in dn sut 38 Hỡnh 4.6: S phõn b lc lorentz dn theo phng x thay i 39 Hỡnh 4.8: Lc lorentz v t húa 41 Hỡnh 4.9: Lc lorentz v chiu cao 42 Hỡnh 4.10: S cu to ca lu lng k khụng cú gụng t 42 Hỡnh 4.11: Lc lorentz v tc khụng cú gụng t 43 Hỡnh 4.12: Chiu lc lorentz dn khụng cú gụng t 43 Hỡnh 4.7: S phõn b lc lorentz dn theo phng y,z thay i 40 Hỡnh 4.13a:S phõn b lc lorentz dn ti x=0cm khụng cú gụng t44 Hỡnh 4.13b: S phõn b lc lorentz dn ti x=3cm khụng cú gụng t 44 Hỡnh 4.13c: S phõn b lc lorentz dn ti x=5cm khụng cú gụng t 45 Hỡnh 4.14: Lc lorentz v chiu cao ca dn khụng cú gụng t 45 Hỡnh 4.15: S phõn b lc lorentz dn theo phng x khụng cú gụng t v chiu cao 6cm 46 Hỡnh 4.16: S phõn b lc lorentz dn theo phng x khụng cú gụng t v chiu cao 14cm 47 xii Lun Vn Thc S Chng Ch ng T NG QUAN 1.1Tng quan chung v lnh vc nghiờn cu, cỏc k t qu nghiờn cu v ngoi n c ó cụng b 1.1.1Gi i thi u v t thy ng lc hc (MagnetoHydroDynamics_MHD) S tng tỏc ca cỏc cht lng dn in ang chuyn ng vi in t trng s lm xut hin cỏc loi hin tng phong phỳ liờn quan n s chuyn i nng lng t s chuyn ng ca cỏc dũng cht lng dn in thnh nng lng in Cỏc hiu ng cú ngun gc t cỏc tng tỏc nh vy cú th c quan sỏt thy cỏc cht lng, cht khớ, hn hp hai pha, hoc plasma Nhiu ng dng khoa hc k thut ó v ang c s dng hin nay, chng hn nh kim soỏt nhit v lu lng ch bin kim loi, phỏt in s dng hn hp hai pha hoc vic cung cp cỏc khớ nhit cao, cỏc lnh vc liờn quan n cỏc dũng plasma nhit cao Hiu ng in t cỏc cht lng dn in ó c ỏp dng cỏc lnh vc, chng hn nh magneto-fluid-mechanics, magneto-gas-dynamics, v chỳng thng c bit n vi tờn gi lt thy ng lc hc (MagnetoHydroDynamics_MHD) Thit b MHD thc t ó c s dng t nhng nm u ca th k 20 Vớ d, mt mu th nghim h thng bm cht lng da trờn nguyờn lý MHD c xõy dng vo u nm 1907 Gn õy hn, cỏc thit b MHD ó c s dng h thng khuy trn, kim soỏt dũng chy ca kim loi lng quỏ trỡnh ch bin, luyn kim, cỏc mỏy phỏt inng dng nguyờn lý MHD, lu lng k MHD v cỏc ng dng khỏc T nm 1959, nhng n lc ln ó c thc hin trờn ton th gii phỏt trin cụng ngh ny nhm mc ớch ci thin hiu sut chuyn i nng lng in nng, tng tin cy cỏc h thng phỏt in bng cỏch loi b b phn chuyn ng, v nhm gim lng khớ thi t cỏc nh mỏy in s dng than ỏ v khớ t Cỏc h thng da trờn nguyờn lý MHD s dng kim loi lng HVTH: V Cụng Chớnh1 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Chng hot ng theo chu trỡnh khộp kớn cng ó c phỏt trin Vn cũn nhiu nhng ng dng mi ang c phỏt trin Vớ d, cỏc nghiờn cu vkh nng s dngnc bin to lc y theo nguyờn lý MHD, nghiờn cu v vic kim soỏt cỏc phn t cỏc lp biờn dũng cht lng hn lon gim lc cn Nghiờn cu rng rói trờn ton cu v kh nng lu tr t ca cỏc dũng plasma nhm mc ớch t c ti cỏc iu kin trỡ phn ng nhit hch 1.1.2 o l u l ng cht lng, cht khớ cụng nghi p o lu lng úng mt vai trũ quan trng, khụng ch vỡ nú phc v cho mc ớch kim kờ, o m m cũn bi vỡ ng dng ca nú h thng t ng húa cỏc quỏ trỡnh sn xut Chớnh vỡ vy vic hiu rừ v phng phỏp o, cng nh nm vng cỏc c tớnh ca thit b o lu lng l iu ht sc cn thit Lu lng k l cm bin o khụng th thiu o lu lng ca cht khớ, cht lng, hay hn hp khớ-lng cỏc ng dng cụng nghip nh thc phmnc gii khỏt, du m- khớ t, húa cht-dc phm, sn xut giy, in, xi mng, kim loi húa lng, thy tinh húa lng Trờn th trng, cỏc loi lu lng k rt a dng v luụn sn cú cho bt k ng dng cụng nghip hay dõn dng no Vic chn la cm bin o lu lng loi no cho ng dng c th thng da vo c tớnh cht lng (dũng chy, nht, m c, ), dng dũng chy (chy tng, chuyn tip, chy hn lon, ), di lu lng v yờu cu v chớnh xỏc phộp o Cỏc yu t khỏc nh cỏc hn ch v c khớ v kt ni u m rng cng s nh hng n quyt nh chn la ny Núi chung, chớnh xỏc ca lu lng k cũn ph thuc vo c mụi trng o xung quanh Cỏc nh hng ca ỏp sut, nhit , cht lng/khớ hay bt k tỏc ng bờn ngoi no u cú th nh hng n kt qu o Cỏc cm bin lu lng c phõn lm bn nhúm chớnh da vo nguyờn lý hot ng ca chỳng: cm bin lu lng da vo chờnh lch ỏp sut, cm bin lu lng in t, cm bin lu lng Coriolis, cm bin lu lng siờu õm Mt gp phi ú l vic o lu lng cỏc dũng kim loi lng, thy tinh tan chy l mt rt khú khn bi vỡ cỏc vt liu ny thng HVTH: V Cụng Chớnh2 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Chng khụng sut v thng trng thỏi nhit cao v cú tớnh n mũn c bit l cỏc trng hp m cỏc kim loi c húa lng nhit cao, nh quỏ trỡnh luyn kim Vn o lu lng s dng t trng ó cú mt lch s lõu i Nú bt u vo nm 1832 Michael Faraday tin hnh mt th nghim xỏc nh tc ca dũng sụng Thames Phng phỏp ca Faraday l cho dũng chy i ngang qua mt t trng v s dng hai in cc o in ỏp cm ng, thớ nghim ny ó c phỏt trin thnh mt ng dng thnh cụng v mt thng mi v c gi l lu lng k quy np Trong lu lng k quy np c s dng rng rói o lu lng cht lng nhit thp nh ung, húa cht, nc thi, chỳng khụng thớch hp cho vic o lu lng dũng cht lng mt s lnh vc nh luyn kim Cỏc lu lng k quy np yờu cu cỏc in cc phi c a vo bờn cht lng, iu ú s gp mt s s dng cỏc ng dng m cú nhit cao nh nhit núng chy ca dũng kim loi.Do ú ó cú nhiu nghiờn cu phỏt trin cỏc phng phỏp o lu lng vi yờu cu l khụng cú bt k mi liờn h v mt c khớ ca thit b o vi dũng cht lng cn o 1.1.3M t s k t qu nghiờn cu v ngoi n c + Numerical study of magnet systems for Lorentz force velocimetry in electrically low conducting fluids,M Werner, B Halbedel, E Rọdlein[1]: Vn c t trongbi bỏo ny l vic o lu lng dũng thy tinh núng chy, vi c im ca cht lng l cú in dn sut thp v cht lng cú nht cao, cú ngha l phỏt hin c tc cht lng khong 1mm/s nhit khong 11000C vi c trng v in dn sut ch tng ng 10S/m Hin ti khụng cú nhiu k thut o lu lngcú th lm vic tt cỏc iu kin nh vy Do ú, cỏc ng dng o lu lng da trờn nguyờn tc lc Lorentz l mt gii phỏp rt phự hp, bi vỡ c im ca cỏc ng dng dng ny l khụng cn phi tip xỳc trc tip vi dũng cht lng Bi vit ny mụ t cỏc bc u tiờn quỏ trỡnh thit k ca mt h thng t trng cho cỏc lu lng k o lu lng ca dũng cht lng s dng lc HVTH: V Cụng Chớnh3 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Chng Lorentz cỏc dũng cht lng cú in dn sut thp nhdũng thy tinh núng chy Do ú, phng phỏp mụ hỡnh mng ó c s dng la chn cỏc loi ngun t tớnh Tỏc gi s dng cỏc cụng c mụ phng 3D MAXWELL v COMSOL so sỏnh cỏc s nh hng ca cỏc h thng t tớnh khỏc n vic o lu lng Kt qu t c bi bỏo mun cp l chn la c mt h thng t trng phự hp cho cỏc lu lng k cho nhng dũng lu cht cú c im nh trờn +Contactless Electromagnetic Phase-Shift Flowmeter for Liquid Metals, Janis Priede, Dominique Buchenau and Gunter Gerbeth[2] Bi bỏo ny trỡnh by mt khỏi nim v cỏc kt qu th nghim ca mt lu lng k da trờn nguyờn tc dũng in xoỏy o lu lng cho dũng kim loi lng Tc dũng chy c xỏc nh bng cỏch ỏp mt t trng xoay chiu yu lờn mt dũng kim loi lng v o cỏc s xỏo trn pha cht lng c sinh bi t trng bờn ngoi Cỏc c tớnh c bn ca lu lng k loiny c phõn tớch bng cỏch s dng mụ hỡnh lý thuyt n gin, ú dũng chy c xp x bng mt chuyn ng vt th rn Mụ hỡnh c s dng bi bỏo ny gm cú mt cun dõy to t trng v hai cun dõy c t i din vi cun dõy th nht phỏt hin cỏc t trng th cp c sinh dũng in xoỏy gõy Kt qu thu c thay i tn s, s vũng dõy ca cỏc cun dõy to t trng cng nh cỏc cun dõy cm ng thu c kt qu v mi quan h gia dch pha v tc dũng chy +Lorentz Force Flowmeter for Liquid Aluminum: Laboratory Experiments and Plant Tests, Yurii Kolesnikov, Christian Karcher, Andre Thess[3] Vn c t bi vit ny l vic o lng quỏ trỡnh snxut nhụmth cp Trong quỏ trỡnh sn xut, nhụm ph liu c nu chy lũ nung s dngnguyờn liu du t lũ H thng t to nhit cao hn19730K (17000C) bờn lũ Sau ú dung dch nhụm húa lng c a ti cỏc lũ chuyn i thụng qua mt kờnh dn h Trong cỏc lũ chuyn i ny, cỏc thnh phn cui cựng to nờn hp kim cn ch to c thờm vo bao gm Si, Cu, Fe, Mn, HVTH: V Cụng Chớnh4 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Chng Cn c vo kt qu hỡnh 4.3 v hỡnh 4.4a,b,c cho ta thy c chiu v s phõn b thnh phn lc lorentz theo phng x kim loi dn in Mi tờn mu xanh hỡnh 4.3 biu th cho chiu ca tng lc lorentz dn Nú cú chiu ngc vi chiu chuyn ng ca dn Trong hỡnh 4.4a,b,c mt lc lorentz ln nht nm hai mt bờn ca dn gn vi v trớ ca nam chõm, ngc li ti hai mt trờn v di ca dn thỡ mt lc lorentz gim dn, ti cỏc v trớ cng xa nam chõm thỡ mt lc lorentz gim dn c bit ti nhng v trớ cú mu m giỏ tr lc lorentz l dng cú ngha l chiu ca chỳng ngc li so vi cỏc v trớ khỏc dn 4.2 S nh h ng ca i n dn sut t i lc lorentz kho sỏt s nh hng ca in dn sut ca kim loi n lc lorentz, ta cho giỏ tr in dn sut thay i khong 20x106S/m n 60x106S/m, tng ng vi cỏc loi vt liu khỏc Trong ú tc c gi c nh l 5cm/s; chiu cao ca kim loi dn in l 10cm; mt t húa M=970kA/m S thay i ca lc lorentz cú dng nh hỡnh v sau: Hỡnh 4.5: Lc lorentz v in dn sut Cn c vo hỡnh 4.5 ta thy lc lorentz s tng tuyn tớnh in dn sut ca kim loi tng Giỏ tr ln ca lc lorentz thay i khụng ln giỏ HVTH: V Cụng Chớnh38 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Chng tr in dn sut thay i ln, õy cng l mt khú khn s dng lu lng k lc lorentz i vi cỏc vt liu cú in dn sut thp Hỡnh 4.6: S phõn b lc lorentz dn theo phng x thay i Trong hỡnh 4.6 chỳng ta cú th thy c s phõn b ca lc lorentz lan rng hai mt nm gn vi nam chõm m in dn sut ca dn nh (4S/m) Trong hỡnh 4.4 thỡ lc lorentz trung mnh nht l gia hai mt nm gn nam chõm HVTH: V Cụng Chớnh39 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Chng Theo nh phõn b nh hỡnh 4.6 thỡ ti cỏc im nm mt trờn v di ca dn giỏ tr lc lorentz gn nh bng 0, iu ú cú th núi l khụng cú cỏc lc ngc chiu nh trng hp hỡnh 4.4 Hỡnh 4.7:S phõn b lc lorentz dn theo phng y,z thay i Cn c trờn hỡnh 4.7 cho ta thy s phõn b lc lorentz theo phng y, z l rt nh so vi phng x HVTH: V Cụng Chớnh40 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S 4.3 S nh h Chng ng ca mt t húa t i lc lorentz Trong mụ hỡnh ny chỳng ta s dng nam chõm NdFeB, mt t húa thay i khong 500kA/m n 1000kA/m;mt dn in 37.74x106S/m; tc c gi c nh l 5cm/s; chiu cao ca kim loi dn in l 10cm.S thay i ca lc lorentz theo phng x cú dng nh hỡnh v sau: Hỡnh 4.8:Lc lorentz v t húa Tng t cỏc yu t tc, in dn sut thỡ ta tng hoc gim mt t húa ca nam chõm thỡ giỏ tr lc lorentz cng tng gim theo mt ng cong khụng tuyn tớnh Qua cỏc kt qu mụ phng cỏc mc trờn ta thy giỏ tr lc lorentz lu lng k t thy ng lc thng rt nh, ú vic chn la cỏc h thng t trng l iu rt quan trng, cú th núi nú nh hng trc tip n nhy ca lu lng k loi ny 4.4 S nh h ng ca chiu cao( dy) ca kim lo i t i lc lorentz Mt t húa 970kA/m;in dn sut 37.74x106S/m; tc c gi c nh l 5cm/s; chiu cao ca kim loi dn in thay i t 6cm n 10cm Lc lorentz theo phng x cú dng nh hỡnh v sau: HVTH: V Cụng Chớnh41 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Chng Hỡnh 4.9: Lc lorentz v chiu cao Cn c vo kt qu mụ phng cho ta thy b dy ca kim loi tng hay gim thỡ lc lorentz cng tng gim theo mt ng tuyn tớnh tng on B dy cng thp thỡ lc lorentz cng nh 4.5 S nh h ng ca gụng t t i lc lorentz Cỏc thụng s tng t nh cỏc phn trờn, phn ny chỳng ta loi b cỏc gụng t, ú h thng t trng ch bao gm cú hai nam chõm nh hỡnh sau: Hỡnh 4.10: S cu to ca lu lng k khụng cú gụng t Kt qu mụ phng vi cỏc thụng s nh sau: tc v thay i t 0.01m/s n 0.1m/s; mt dn in 37.74x106S/m; mt t húa 970kA/m; chiu cao HVTH: V Cụng Chớnh42 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Chng kim loi l 10cm Hỡnh 4.11:Lc lorentz v tc khụng cú gụng t Cn c vo kt qu mụ phng chỳng ta cú th thy vi cựng tc l 0.06m/s trng hp cú gụng t thỡ lc lorentz cú giỏ tr khong 2.2N, cũn i vi trng hp khụng cú gụng t thỡ giỏ tr lc lorentz vo khong 1.6N Hỡnh 4.12: Chiu lc lorentz dn khụng cú gụng t HVTH: V Cụng Chớnh43 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Chng Hỡnh 4.13a:S phõn b lc lorentz dn ti x=0cm khụng cú gụng t Hỡnh 4.13b:S phõn b lc lorentz dn ti x=3cm khụng cú gụng t HVTH: V Cụng Chớnh44 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Chng Hỡnh 4.13c:S phõn b lc lorentz dn ti x=5cm khụng cú gụng t T kt qu mụ phng ta thy giỏ tr lc lorentz cú thay i nhng chiu tng hp lc lorentz v s phõn b lc khụng cú gụng t trng hp tc thay i cng tng t nh trng hp cú gụng t v cho tc thay i Mt lc lorentz ln nht nm hai mt bờn ca dn Hỡnh 4.14: Lc lorentz v chiu cao ca dn khụng cú gụng t HVTH: V Cụng Chớnh45 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Chng T kt qu mụ phng nh hỡnh 4.14 chỳng ta cú th thy chiu cao ca dn nh hn 10cm thỡ lc lorentz bin thiờn theo ng cong khụng tuyn tớnh, khong t 10cm tr lờn lc lorentz tng gn nh tuyn tớnh so vi chiu cao ca dn Hỡnh 4.15:S phõn b lc lorentz dn theo phng x khụng cú gụng t v chiu cao 6cm S phõn b ca lc lorentz nm hai mt bờn ca dn, mt lc lorentz ti tõm v mt trờn di ca dn gn nh bng khụng, iu ny cho thy xõy dng h thng lu lng k cn lp t v hiu chnh lc lorentz c phõn b u dn HVTH: V Cụng Chớnh46 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Chng Hỡnh 4.16:S phõn b lc lorentz dn theo phng x khụng cú gụng t v chiu cao 14cm T kt qu v s phõn b mt lc lorentz dn nh hỡnh 4.16 ta thy rng b mt dn tip xỳc vi mt din tớch ln so vi b mt nam chõm thỡ mt lc lorentz tng lờn hai mt bờn v tõm ca dn HVTH: V Cụng Chớnh47 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Chng Ch ng K T LU N V H NG PHT TRI N TI 5.1K t lun Thụng qua mụ hỡnh lu lng k theo nguyờn lý t thy ng lc hc c xõy dng bng phn mm COMSOL Multiphysics, chỳng ta cú th thy c mi quan h ca cỏc yu t chớnh nh hng trc tip n lc lorentz lu lng k loi ny C th nh sau: - Khi tc ca dn thay i cng ln thỡ giỏ tr lc lorentz tng theo nhanh iu ny cho ta thy lc lorentz ph thuc mt thit vi cu hỡnh tc cỏc dũng lu cht dn in ta s dng lu lng k thc t - Lc lorentz cng thay i theo in dn sut ca dn, giỏ tr lc lorentz khụng tng nhiu in dn sut tng khong ln Do ú xõy dng h thng o lu lng cho cỏc vt liu cú in dn sut nh cn chn la h thng v hiu chnh hp lý - Lc lorentz cng ph thuc vo t trng ca nam chõm, cho nờn vic la chn v lp t h thng nam chõm l rt cn thit T trng mnh hay yu nh hng rt nhiu n s phõn b ca lc lorentz bờn dn hay dũng lu cht, nú cng c coi nh kh nng quyt nh nhy ca lu lng k - B dy ca dn hay dũng lu cht cng l yu t lm thay i lc lorentz lu lng k Mt tip xỳc vi t trng cng nhiu thỡ lc lorentz sinh cng ln - Thụng qua s phõn b v lc lorentz dn cho chỳng ta thy ti cỏc biờn trờn v di xut hin cỏc lc ngc chiu so vi cỏc lc nm v trớ khỏc - Trong mụ hỡnh khụng cú gụng t s ph thuc ca lc lorentz vo cỏc yu t cng tng t nh mụ hỡnh cú gụng t nhng giỏ tr lc lorentz b gim i - Qua õy chỳng ta cú th thy rt nhiu yu t nh hng n s bin i ca lc lorentz lu lng k Do ú, vic hiu chnh quỏ trỡnh lp t v sdng l cn thit HVTH: V Cụng Chớnh48 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Chng 5.2H n ch - Ni dung ti ch mi kho sỏt cỏc yu t v tc, in dn sut, mt t húa, s thay i v chiu cao ( dy) ca dn - Ch s dng mụ hỡnh s kho sỏt, cha xõy dng c mụ hỡnh thc t so sỏnh cỏc kt qu - Mụ hỡnh s s dng mt kim loi thay th cho dũng lu cht 5.3H ng phỏt trin ti - Kho sỏt cỏc yu t khỏc lm nh hng n lc lorentz lu lng k t thy ng lc - Xõy dng mụ hỡnh thc t so sỏnh, ỏnh giỏ cỏc kt qu s dng mụ hỡnh phn mm COMSOL Multiphysics HVTH: V Cụng Chớnh49 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Ti Liu Tham Kho TI LI U THAM KH O TI NG N C NGOI [1] M Werner, B Halbedel, E Rọdlein, Numerical study of magnet systems for Lorentz force velocimetry in electrically low conducting fluids, 2010 [2] Janis Priede, Dominique Buchenau and Gunter Gerbeth, Contactless Electromagnetic Phase-Shift Flowmeter for Liquid Metals, 2011 [3] Yurii Kole Snik Ov, Ch Ristian Karc Her, and Andre Thess, Lorentz Force Flowmeter for Liquid Aluminum: LaboratoryExperiments and Plant Tests, 2011 [4] A.Thess, B.Knaepen, E.Votyakov and O.Zikanov, Sensitivity analysis of a Lorentz force flowmeterfor laminar and turbulent flowsin a circular pipe, 2006 [5]Andr e Thess, Evgeny Votyakov, Bernard Knaepenand Oleg Zikanov, Theory of the Lorentz force flowmeter, 2007 [6] Christian Weidermann, Design and laboratory test of a Lorentz force flowmeter for pipe flows, 2013 [7] M.Sc.Christiane Heinicke, Local Lorentz Force Velocimetryfor liquid metal duct flows, 2013 [8] A.Thess,E.V.Votyakov, and Y.Kolesnikov, Lorentz Force Velocimetry, 2006 [9]S.Sahu,R.P.Bhattacharyay, E Rajendrakumar, E.Platacis, I.Brucenis,Calibration of MHD Flowmeter Using COMSOL Software, 2012 [10] Janis Priede,Single-magnet rotary flowmeter for liquid metals, 2011 [11] C.Stelian, A.Alferenok, U L ăudtke , Yu Kolesnikov, A.Thess, optimization of a lorentz force flowmeter by using numerical modeling, 2011 [12] Xiaodong Wang, YuriiKolesnikovand Andre Thess , Numerical calibration of a Lorentz forceflowmeter, 2012 [13] BoLu, Liangwang Xu, Xiaozhang Zhang, Three-dimensional MHD simulations of the electromagnetic fl owmeterfor laminar and turbulent fl ows, 2013 [14]Gautam Pulugundla, Mladen Zec,and Artem Alferenok,Three Dimensional Numerical Study of the Interaction ofTurbulent Liquid Metal Flow with an External HVTH: V Cụng Chớnh 50 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn Lun Vn Thc S Ti Liu Tham Kho Magnetic Field,2011 [15]Hartmut Brauer , Marek Ziolkowski , Eddy Current Testing of Metallic Sheets with Defects Using Force Measurements, 2008 [16]A Alferenok, U Lỹdtke, Numerical simulation and magnet system optimization for the LorentzForce Velocimetry (LFV) of low-conducting fluids, 2010 [17]Vincent DOUSSET, Numerical simulations of MHD flows past obstacles in a duct under externally applied magnetic field, 2009 [18]Carmen Stelian , Calibration of a Lorentz force flowmeter by using numerical modeling, 2013 [19] COMSOL AB, COMSOL Multiphysics Users Guide, version 4.3, 2012 HVTH: V Cụng Chớnh 51 GVHD: TS.Lờ Chớ Kiờn S K L 0 [...]... đến lực lorentz trong lưu lượng kế từ thủy động lực 1.3Nhi m vụ của đề tài và gi i h n đề tài - Tổng quan về nguyên lý từ thủy động lực học - Tổng quan về nguyên lý đo lưu lượng - Nguyên lý làm việc chung của lưu lượng kế MHD - Cấu tạo chungcủa lưu lượng kế MHD - Những yếu tố chính ảnh hưởng tới lực lorentz trong lưu lượng kế MHD 1.4Ph ơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu các tài liệu tham khảo - Sử dụng... tốc trung bình Ngoài ra, các mô phỏng số chỉ ra rằng lý thuyết động học thực hiện khá tốt và biến động hỗn loạn không ảnh hưởng lớn đến các phép đo của lưu lượng kế Hơn nữa, nó cho thấy rằng sự có mặt của các biến động có thể dễ dàng được lọc ra từ tín hiệu lưu lượng kế 1.2Mục đích của đề tài Mục đích chính của đề tài là nghiên cứu các các yếu tố chính ảnh hưởng đến lực lorentz trong lưu lượng kế từ. .. quan hệ giữa lực tác dụng f và vận tốc �, đây là một ý tưởng trong việc đo lưu lượng dòng lưu chất của lưu lượng kế lực Lorentz Hình 3.2: Sự tương tác của dòng lưu chất với từ trường Các lưu lượng kế lực Lorentz có thể được cấu tạo theo hai dạng khác nhau Dạng thứ nhất là lưu lượng kế tĩnh trong đó hệ thống tạo ra từ trường được đặt cố định và việc xác định lưu lượng thông qua việc đo lực tác dụng... t về từ thủy đ ng lực học (MagnetoHydroDynamics_MHD) 2.1.1 Khái ni m Từ thủy động lực học (MagnetoHydroDynamics_MHD) là một lĩnh vực nằm trong khuôn khổ vật lý – toán học liên quan đến vấn đề động lực học trong các chất lỏng dẫn điện, hay nói cách khác từ thủy động lực học là một lĩnh vực nghiên cứu các chất lưu (kim loại lỏng, plasma,…) dẫn điện chuyển động dưới tác động của điện trường hoặc từ trường... công trình nghiên cứu liên quan về lĩnh vực MagnetoHydroDynamics thuộc lĩnh vực vật lý plasma Ý tưởng cơ bản của từ thủy động lực học là từ trường có thể tác động lực Lorentz lên các điện tích chuyển động trong plasma, gây ra áp suất và dòng điện cảm ứng, và dòng cảm ứng lại sinh ra từ trường cảm ứng thay đổi từ trường tổng Các phương trình mô tả các hiện tượng từ thủy động lực học là sự kết hợp giữa... châm vĩnh cửu Các phản lực trong lưu lượng kế quay cũng tác động lên các nam châm trong lưu lượng kế quay, và nó tạo ra một mô-men xoắn trên các nam châm Thay vì đo mô-men xoắn trực tiếp trên các nam châm thì vận tốc góc trong chuyển động quay của nam châm được sử dụng như một phương pháp để đo vận tốc Cấu trúc hình học của lưu lượng quay có dạng như loại bánh đà, hoặc là lưu lượng kế quay với hệ thống... eutectic GaInSn, trong đó dòng chất lỏng ở nhiệt độ phòng Kết quả đo thứ hai thu được từ việc thực hiện thử nghiệm việc đo lưu lượng của hợp kim nhôm hóa lỏng tại nhà máy Trong cả hai thử nghiệmtrên, các lực tác động lên hệ thống nam châm được đo chính là lực Lorentz tác độnglên dòng chảy Từ kết quả nghiên cứu cho thấy vấn đề hiệu chỉnh trong quá trình sử dụng là cần thiết, các yếu tố về từ trường cần... sinh cao.Về kích thước, lưu lượng kế hiện nay có đường kính khoảng từ 1mm đến 3m, với lưu lượng từ 11l/h đến 108l/h Lưu lượng kế điện từ quy nạp đã được nghiên cứu nhiều đối với các ứng dụng thực tế của nó Vấn đề chính của nó là điện trở tiếp xúc giữa điện cực và các chất lỏng, ngay cả khi các điện cực được nằm hoàn toàn trong dòng kim loại.Đặc biệt là liên quan đến nhiệt độ cao trong các dòng kim loại... đo lực tác dụng lên hệ thống tạo ra từ trường này Dạng thứ hai l lưu lượng kế quay trong đó hệ thống từ trường được xếp đặt trên một bánh xe quay tròn và vận tốc góc được sử dụng trong việc xác định vận tốc dòng chảy.Rõ ràng,một lực Lorentz tác động lên lưu lượng kế phụ thuộc cả vào vận tốcphân phối và hình dạng của hệ thống nam châm Xét trong hình 3.1a, dòng điện trong cuộn dây được ký hiệu là J(r)... được gọi với thuật ngữ là lưu lượng kế thông lượng theo chiều ngang Không giống như lưu lượng kế thông lượng theo chiều dọc là hệ thống từ trường thường phải bao bọc xung quanh đường ống, các lưu lượng kế thông lượng theo chiều ngang không cần phải tháo lắp nhiều lần khi sử dụng ở các vị trí khác nhau Để có một sự hiểu biết chung về các đặc điểm chính của lưu lượng kế thông lượng theo chiều ngang chúng