U型液氢科里奥利质量流量计理论与数值分析

摘要

科里奥利质量流量计(简称科氏流量计)因其精度高、结构简单且流阻小的优点广泛用于流体测量．本文基于计算流体动力学和结构动力学相耦合的数值算法，探究了用于液氢测量的U型科氏流量计流固耦合振动特性．首先搭建水流量标定实验平台对建立的流致振动理论模型和流固耦合数值仿真框架进行结果验证，实验中的标准流量基于称量法获得，科氏流量计测量管两臂的相位差基于自行设计研制的控制电路进行采集计算．验证结果表明，建立的流固耦合仿真框架(偏差为-2.51%)相比于采用欧拉梁理论建立的理论模型(偏差为-12.89%)具有更好的预测性能．基于验证的数值框架和理论模型对单U型液氢科氏流量计质量流量和测量管壁上传感器位置对测量时滞及测量振幅的影响规律进行分析揭示，并对比分析水和液氢两种工质对科氏流量计模态特性的影响．结果表明，流体的附加质量对测量管模态特性影响显著，由于液氢的低密度特性，采用结构的干模态频率进行激振仍可以获得较高的激振效率，其测量管振幅约为水工质对应测量管振幅的17.75倍．而液氢的低密度及低温特性则显著降低其时滞，对于液氢质量流量的高精度测量是不利的．理论和数值结果的对比表明，传感器位置对测量时滞的影响也会受流体质量流量的影响．结果对液氢科氏流量计的优化设计有指导意义．

关键词

科里奥利质量流量计 / 液氢 / 流固耦合特性 / 数值仿真