ANSYS原油含水率测试分析仪的设计+CAD图纸(12)
5.6 电极棒与极板结构电场分析
电极棒与极板结构如图4-3所示。
5.6.1. 理论计算
将电极棒与极板结构用通过轴线的平面剖切，可以将该结构简化为如图5-17所示的结构。在该简化模型的基础上进行理论计算。
图5-17 电极棒与极板结构简化图
如上图所示，该结构中心对称，只需计算一半。两边极板上电压一定，三种介质串联，介质分界面上电位移法向连续 , 材料属性：空气 ，不锈钢 ，石油 。据此可以列出方程
代入数值可得：
解上述方程可得：
从上述的计算结果可以得到，电极棒与极板结构中釜体内原油处的电场强度为E=1677.852 。
5.6.2. ANASYS电场分析
电极棒与极板结构与圆弧形极板机构相似，也可以用两种方案进行有限元分析。方案一，用通过轴线的平面进行剖切得到的简化结构，如图23所示，因为此简化结构关于轴线左右对称，所以只需对一半的结构进行分析。方案二，用垂直于轴线的平面进行剖切所得到的简化结构。如图4-3所示。
方案一、
(1) 建模
用通过轴线的平面进行剖切，只对左半边的结构进行ANASYS分析。所得模型如图5-18所示。材料属性：空气 ，不锈钢 ，石油 。
图5-18 电极棒与极板结构方案一有限元模型
(2) 网格划分
在模型的基础上进行网格划分，划分网格的步骤与平行极板相同。划分好模型的有限元模型如图5-19所示。
图5-19 方案一网格划分
(3) 加载与求解
网格划分完成后对模型进行加载。在极板加 ，电极棒加 。操作步骤与平行极板大致相同。加载完成后进行求解，所得结果如图5-20、5-21所示。
图5-20 方案一电场强度分布云图
图5-21 方案一电场强度矢量图
从图27可以看出釜内原油处的电场强度E=1678 ，与计算结果相当接近。
方案二、
(1) 建模
用垂直于轴线的平面进行剖切。所得模型如图2-21所示。材料属性：空气 ，不锈钢 ，石油 。
图5-22 电极棒与极板结构方案二有限元模型
(2) 网格划分
在模型的基础上进行网格划分，划分网格的步骤与平行极板相同。划分好模型的有限元模型如图5-23所示。
图5-23 方案二网格划分
(3) 加载和求解
网格划分完成后对模型进行加载。在极板加 ，电极棒加 。操作步骤与平行极板大致相同。加载完成后进行求解，所得结果如图5-24、5-25所示。
图5-24 方案二电场强度分布云图
图5-25 方案二电场强度矢量图
从图31可以看出釜体内原油处的电场强度E=1411 。上述两种方案中，方案二较于方案一更能够真是反映电极棒与极板的结构特征，所以方案二中所得到的电场强度更接近实际值即E=1411 。
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5-9，5-10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，用方案二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4和图5-26。
表4 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/
100.67 335.57 671.14 1006.70 1342.00 1677.85