在刨花板生产过程中，调施胶技术是标志着刨花板生产技术水平的主要技术之一，它关系到产品的物理性能、生产成本等多方面的问题[1]。施胶量偏高、偏低或者不稳定都会造成产品的性能不稳定、质量不合格、浪费原材料等不良现象。因此作为检测元件的流量计在整个调施胶系统中占据着关键的位置，从某种意义上其检测精度决定着整个控制系统的精度。所以对流量计内流体进行流动特性分析是十分必要的。
工业上常用的流量计主要有：差压式、叶轮式、涡街、电磁、超声波流量计。电磁流量计有许多其它流量计没有的优良特性，它可以被应用到其它流量计不易应用的场合，如脏污流、腐蚀流等介质的测量场合。在刨花板调施胶系统中，由于胶液有一定的黏度和腐蚀性，被测物体不易与传感器直接接触，因此选择电磁流量计作为检测元件。
随着流体力学和计算机技术的发展，各种CFD软件日趋成熟。FLUENT作为世界领先的CFD软件，在流体计算中得到了广泛的应用，流量计领域的一些研究者也已经成功地将它用于开发流量计的流场仿真中[2-4]。FLUENT应用在流量计的研究中，不仅减少了研究成本和开发周期，而且对流量计的改进具有很好的指导作用。笔者应用FLUENT软件对刨花板施胶过程中的E+HPromag50/53H电磁流量计的流场进行数值仿真和分析，准确地得到流量计内的速度场、压力场情况，从而提高了系统的检测精度，节约生产成本。
1 电磁流量计的结构及工作原理
电磁流量计由电磁流量传感器和转换器2部分组成[5]。传感器安装在工业过程管道上，它的作用是将流进管道内的液体体积流量值线性地变换成感应电势信号，并通过传输线将此信号送到转换器。转换器安装在离传感器不太远的地方，它将传感器送来的流量信号进行放大，并将其转换成与流量信号成正比的标准电信号输出，以进行显示、累积和调节控制。
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律原理设计的。在其测量管轴线和磁力线相垂直的管壁上安装了一对检测电极，当导电液体沿测量管轴线运动时，导电液体切割磁力线产生感应电动势；此感应电动势可被2个检测电极测出，其数值大小与通过的流体流量成正比，继而测量到其流体的流量[6]。
通过测量管横截面上的瞬时体积流量Q与流速V之间的关系为：
（1）
若感应电势为U，则有：
（2）
式中：B为磁感应强度；K为仪表常数；L为测量电极之间的距离；V为测量管内被测流体在横截面积上的平均流速。
磁感强度B是恒定不变值，D为常数，则感应电动势U与被测液体流速V成正比。处理两式后得出流量与感应电势值成正比：
（3）
其原理示意图如图1所示。电磁流量计的测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管，电磁流量计不产生因检测流量所产生的压力损失。仪表的阻力仅是同一长度管道的沿程阻力，节能效果显著，对于要求低阻力损失的大管径供水管道最为适合。在刨花板施胶系统中电磁流量计所测得的胶液流量，受流体密度、黏度、温度、压力和电导率变化的影响不明显。但是由于E+HPromag50/53H电磁流量计安装结构上存在管径收缩问题，以及流动中产生边界层和管道内流体的特点，必然导致管道内部胶液速度分布不均匀，感应电势输出不稳定。这为电磁流量计检测精度的提高带来了一定困难。
2 胶液流体模型描述
根据胶黏剂特性可知，笔者所研究的流体运动属于黏性不可压缩流体运动。黏性流体运动有2种形态：层流和湍流。根据雷诺数的估算，选择胶黏剂的流动状态为层流。
2.1 流体动力学基本方程组
控制方程一般包括连续性方程、动量守恒方程及能量守恒方程[7]。笔者研究的是不可压缩流体，其热交换量很小，甚至可忽略不计，因此可以不考虑能量守恒方程。
（1）质量守恒定律连续方程
（4）
（2）动量守恒定律
（5）
式中：F为作用在单位质量上的彻体切应力；P为作用在单位容积上的表面力。
图1电磁流量计原理图
2.2 几何建模及网格划分
几何模型建立：由FLUENT公司自行研发的前处理软件GAMBIT是一个具有很强组合构建模型能力的前处理器，它负责对所研究流场进行建模和网格划分，并将导出的网格文件送入FLUENT中进行计算。
为了反映流量传感器流场变化，将其前方和后方管道也加入到集合模型中，图2是GAMBIT中建立的几何模型，采用直管二维平面几何模型，忽略管壁厚度。由流量计入口向外延伸的管道内径为D1=30mm，流量传感器所在管道内径为D2=20mmm，符合工程实际应用。
图2几何模型
注：单位mm。
GAMBIT网格模型：对集合模型划分后的网格情况如图3所示，网格划分所采用的网格单元为Quad单元，即网格区域中只含有四边形单元，网格类型为map。在GAMBIT中将图中的边界条件设置成入口条件为速度入口，出口条件为压力出口。
图3电磁流量传感器网格模型
2.3 FLUENT中参数设置
将网格文件导入到FLUENT中，在没有外界干扰情况下，电磁流量计流场为定常流动，根据工业生产中经验在FLUENT中加入新的物料：胶液，并对其参数进行设置。鉴于此特点，参数设置如表1，其他设置为默认值。GAMBIT、FLUENT以及后处理过程中的工作内容见表1。
3 仿真结果与分析
管道内为不可压缩黏性流体，入口作稳定层流运动。在设定边界约束条件下得到速度、压力分布图。可以看出：流体通过电磁流量传感器的管道系统时，流场会有较大的变化，由于管道半径收缩和管道摩擦造成的能量损失和黏性作用，导致速度值分布不均匀，其速度剖面要经历一段发展变化的过程。大致分为以下4个阶段：
图4压力分布图
第一阶段：设流体在进口截面上完全均匀分布，由于黏性作用，将在两个端面形成边界层；开始时，边界层很薄，在截面上游拐角处，压强略有增大。因为此处的流线是弯曲的，离心作用导致管壁处压强比液流中心处的压强大，从而形成较厚的边界层，此处速度最低。第二阶段：在管径收缩处，速度剖线成抛物线状，中线处的速度不断增加，整个边界层的发展与不断加速的外流边界层相同，在此处速度将达到最大值。
第三阶段：汇合后的上下壁面边界层进一步发展变化，逐渐趋于相似流动，即接近实际平滑管道中的流动情况。
第四阶段：速度剖面不再随x变化，成为相似流动，但速度值变小。
图5内部速度分布图
通过计算得出，在模型入口变径处速度值变化较大，到达小径管道中部时速度值达到最大，可以看到在测量管道中各横截面积的平均速度不是固定的值。但由于流量计的工作原理，流量与感应电势成正比，感应电势又与所测量流体某一横截面的平均流速成正比。所以，不同的横截面处所测得的电势应该是不同的，也就是说磁极位置不同测得的流量必不同，这将导致测量精度的下降。特别是，如果在测量处前端管道有弯头出现，并且流体速度达到一定值，管内流场就会发生强烈变化产生涡流，管道中就会出现气泡。这时，电磁流量计将不适合应用该场合。
4 结束语
以刨花板施胶过程中电磁流量计为研究对象，通过GAMBIT进行网格划分，选择适当的模型，应用FLUENT进行流场模拟，并对计算结果进行分析。模拟结果证明了将模拟计算应用于刨花板施胶系统可以很好地预测管内的流场情况，进而预测流量大小，并且对于流量计优化测量位置也有一定的作用。因此，在以后的工作中可以应用FLUNENT计算来代替部分实验工作。本研究是对电磁流量计内部流场的初步探索，为刨花板施胶系统检测精度的提高提供了良好的科学依据，对提高工作效率、节约原材料成本具有现实意义。
参考文献
[1]白崇彪，傅万四，曲闻远，等.刨花板施胶比自动控制模式研究[J].木材加工机械，2007（1）：33-35.
[2]贾云飞，张涛，邢娟.基于FLUENT对涡街流量传感器流场仿真及特性研究[J].系统仿真学报，2007，19（12）：2683-2689.
[3]HornsbyC.CFD-drivingpumpdesignforward[J].WorldPumps，2002，431：18-22.
[4]GhoraiS，NIgamKDP.CFDmodelingofflowprofilesandinterfacialphenomenaintwophaseflowinpipes[J].ChemicalEngineeringandProcessing，2006，45（1）：55-65.
[5]魏金辉，肖秀芳.电磁流量计及其应用[J].石油化工自动化，1997（2）：62-66.
[6]蒋吉武，陈霞.电磁流量计在工业管道系统中的应用[J].机电工程技术，2008，37（8）：61-63.
[7]陈懋章.黏性流体动力学基础[M].北京：高等教育出版社，2002：31-37.）：61-63.
