ANSYS原油含水率测试分析仪的设计+CAD图纸(10)
如图5-2所示模型，即是通过垂直与轴线剖切所得的模型。可以较为直观的反映出平行极板和釜体之间的相对位置关系。
图5-2 平行极板有限元建模
材料属性：空气 ，不锈钢 ，石油 。
(2) 网格划分
有限元模型建立完成，要在此基础上对模型进行有限元网格划分。从主菜单中选择Main Menu > Preprocessor > meshing > mesh tool ,出现mesh tool对话框，在Element attributes中选择Global，在Smart前打钩，选择3，在Mesh后选择Areas，形状选择三角形。点击“mesh”，出现“mesh areas”对话框。选择“pick all”[16]。则划分好网格的有限元模型如图5-3所示。
图5-3 平行极板结构网格划分
(3) 加载与求解[17]
网格划分完成后对模型进行加载。在左边极板加V0=0V，右边极板加V1=500V。操作如下。从实体菜单中选择Utility Menu > Select > Entities ,弹出一个“Select Entities”对话框，在最上边的第一个下拉式选择栏中选取“Nodes”，在其下的第二个下拉式选择栏中选择“By Location”,在下边的单选框中选择“X coordinates”，在“Min，Max”下面的输入栏中输入2，再在其下的单选框中选“From Full”,单击“Apply”。然后从主菜单中选择Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Electric > Boundary > Voltage >On Nodes,弹出一个节点拾取框，单击“Pick All”,弹出一个“Apply VOLT on nodes”给节点施加电压对话框，在“Load Volt Value”后面的输入栏中输入“V0”，单击“OK”。这样就给左极板加上了0V的电压。重复上述过程给右极板加上500V电压，这样两个极板上就有500V的电势差。
载荷施加完成后进行求解，从主菜单中选择Main Menu > Solution > Solve > Current Ls,弹出一个对话框和一个信息窗口，单击对话框上的“OK”，开始求解运算，直到出现一个“Solution is done”的提示栏，表示求解结束。显示结果如图5-4、5-5所示[18]
图5-4 平行极板电场分布云图
图5-5 平行极板电场向量图
从ANSYS的显示结果中可以看出原油所在处的电场强度为E=271.138 。可以看出，理论计算结果与ANSYS有限元分析的结果大致相同，这一结果与理论分析相符合。
为了验证仿真结果的正确性，在0V到500V之间选取6个数值，分别为30V,100V,200V,300V,400V,500V，之所以要选择30V的原因是30V电压为安全电压。理论计算中，分别将上述电压代入式5-7，5-8中进行求解，可以得到釜体内的电场强度的理论值。在进行ANSYS分析时，重复上述的是三个过程：建模，划分网格，加载和求解，不同的地方在于在定义载荷的时候将V1分别改为30V,100V,200V,300V，400V。可以得到表2和图5-6。
表2 不同电压下的电场强度
电压/V 30 100 200 300 400 500
电场强度理论值E1/
15.57 51.91 103.81 155.72 207.62 259.53
ANSYS分析值E2/
16.27 54.29 108.46 162.68 216.91 271.14
图5-6 不同电压下电场强度折线图
由上图可以看出理论计算和有限元分析的值大致相同，可以说明有限元分析的正确性。
5.5 圆弧形极板电场分析
圆弧形极板的结构示意图如图4-2所示。
5.5.1. 理论计算
为了简化理论计算，将图8所示的结构用通过轴线的平面剖切可以得到图5-7所示的简化结构。