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Cascetla 假定直观是刚性的,可以避免计算上述弹性管的基频和其谐振的位移振动模态,从而可进一步简化计算,最后也可得到根简单的结果:振动位移和流量之间的关系。
实用设计问题
上述谐振的动态响应分析,虽很细致但是学院式的。工程师最关心的是指导弹性管的共振频率及气管壁的应力分布和抵抗疲劳的强度是否足够。最简单的办法是用结构分析软件包 SAP,或 ANSYS 进行分析计算。
弹性元件的选择
从力学角度来看,对质量流量计进行设计,首先要选择合适的一次感受元件,以便尽可能提高一次元件的 Coriolis 效应。这包括感受元件最佳形状的选择,以及弹性金属管的最佳材料和壁厚的选择。元件的形状,大体上可以归纳为四类,即:弯管形和直管形;单管形和多管形(双管形)。在选形时,其原则主要是要平衡所选的一次元件的性能,最佳使用范围和成本这三个因素。一般地讲,所选的形状愈复杂,其Coriolis 效应就愈高,但生产工艺和技术就愈复杂,因而其成本就愈高。通常一次元件总是归属于上述的四类中的两类形式的结合:如弯管形和双管形的结合。
目前,以 Coriolis 力为原理而设计的质量流量计,其一次元件有各式各样的几何形状,如:
双 U 型或三角型
双 S 型
双 w 型
双 K 型
双螺旋型
单管多环型
单 J 型
单直管型
双直管型
当前急需解决的某些力学问题
1.从理论上讲,柯氏质量流量计的精度是不受被测流体的工况条件影响的,但实际情况的确是受流体的各种工况条件影响的(虽然这种影响较小),原因还一时查不清楚。作者估计,是由一次元件的管道内的二次涡流引起的附加柯氏效应造成的。
因为北侧的流体总是由粘性的,所以管道内截面上的速度剖面是近似抛物型(大粘性情况)和幂次型(小粘性情况),而不是均匀速度剖面。在管道壁上的流速为零,而中心线上的流速最大,这样一来,在截面不同半径位置上的柯氏加速度就不一样。于是,非均匀的柯氏效应就会产生二次涡流,其方向与振动管旋转向量的方向是相互垂直的。对不同工况条件下的流体,流量计的感受管内的流态是不尽相似的,由此而产生附加柯氏效应,其大小也不同。这样就使流量计的精度发生变化,以至超出厂家给出的范围值。
2.质量流量计原则上可以测量两相流体,但实际上测量误差也较大,使工业界无法接受在此领域的应用,目前也正在进一步研究这一问题。作者估计造成上述问题的原因,同上。
3.另外,由于一次元件时振动型的,所以它受外界的振动的干扰影响较大,这个问题已引起厂家的重视,正在进行研究。作者认为这个问题应从设计的抗振动的元件以及电路着手,但首先应分析清楚频移和锁频等现象,然后才能找到合适的抗振措施。