Влияние демпфирования на амплитуды и фазы колебаний системы с гироскопическими связями
Автор: Тараненко П.А., Телегин Д.В.
Рубрика: Математическое моделирование
Статья в выпуске: 1 т.18, 2025 года.
Бесплатный доступ
В связи с разработкой методики определения массового расхода жидкости в условиях течения двухкомпонентной среды "жидкость-газ" предпринята попытка оценить влияние демпфирования, обусловленного наличием пузырьков газа, на амплитуды и фазы колебаний измерительной трубки кориолисова расходомера. Проведена серия экспериментальных исследований, по результатам которой показано, что увеличение объемной доли воздуха в текущей среде приводит к росту ошибки измерения массового расхода и декремента колебаний в десятки раз. Разработана балочная конечноэлементная модель кориолисова расходомера с двумя криволинейными измерительными трубками. Предложен способ представления вынужденных колебаний кориолисова расходомера с текущей жидкостью в виде суперпозиции собственных форм системы с неподвижной средой. С использованием линейного преобразования выполнен переход к системе с двумя степенями свободы с гироскопическими связями, учитывающей две формы колебаний. На этой системе выполнено расчетное исследование влияния демпфирования на амплитуды и фазы колебаний измерительных катушек кориолисова расходомера. Показано, что увеличение декремента колебаний приводит к существенно меньшему снижению временной задержки (и, соответственно, массового расхода), чем наблюдается в эксперименте. Объясняется, что из-за гироскопических связей, обусловленных наличием текущей среды, демпфирование приводит к снижению амплитуд, но практически не влияет на разность фаз колебаний характерных точек расходомера, по которой определяется массовый расход.
Кориолисов расходомер, демпфирование, пузырьки газа, сдвиг фаз, временная задержка, массовый расход, гироскопические силы
Короткий адрес: https://sciup.org/147248012
IDR: 147248012 | УДК: 681.12+621.8.031.3+534.015 | DOI: 10.14529/mmp250105
Influence of damping on the amplitude and phase of oscillations of a system with gyroscopic connections
In connection with the development of a technique for determining the mass flow rate of liquid under conditions of a two-component liquid-gas flow, an attempt was made to estimate the effect of damping due to the presence of gas bubbles on the amplitudes and phases of oscillations of the measuring tube of a Coriolis flowmeter. A series of experimental studies was conducted, the results of which showed that an increase in the volume fraction of air in the fluid leads to an increase in the error in measuring the mass flow rate and the logarithmic decrement by tens of times. A beam finite element model of a Coriolis flowmeter with two curved measuring tubes was developed. A method for representing forced oscillations of a Coriolis flowmeter with a flowing liquid in the form of a superposition of the mode shapes of a system with a stationary fluidis proposed. Using a linear transformation, a transition to a system with two degrees of freedom with gyroscopic constraints is made, taking into account two oscillation modes. A computational study of the effect of damping on the amplitudes and phases of oscillations of the measuring coils of the Coriolis flowmeter was performed on this system. It is shown that an increase in the logarithmic decrement leads to a significantly smaller decrease in the time delay (and, accordingly, mass flow rate) than is observed in the experiment. It is explained that due to gyroscopic connections caused by the presence of a fluid, damping leads to a decrease in amplitudes, but has virtually no effect on the phase shift of the oscillations of the characteristic points of the flow meter, by which the mass flow rate is determined.
Список литературы Влияние демпфирования на амплитуды и фазы колебаний системы с гироскопическими связями
- Shavrina, E. The Investigation of Gas Distribution Asymmetry Effect on Coriolis Flowmeter Accuracy at Multiphase Metering / E. Shavrina, Yan Zeng, Boo Cheong Khoo, Vinh-Tan Nguyen // Sensors. - 2022. - V. 22, № 20. - P. 7739-7757. EDN: EROZOH
- Лех, И.А. Влияние пузырьков газа на вибрационные параметры измерительных трубок кориолисового расходомера / И.А. Лех, П.А. Тараненко, В.П. Бескачко // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математика. Механика. Физика. - 2019. - Т. 10, № 3. - С. 47-55.
- Романов, В.А. Оценка диссипативных свойств колебательной системы серийного образца расходомера Кориолиса / В.А. Романов, П.А. Тараненко // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2020. - № 2. - С. 134-144.
- Романов, В.А. Идентификация гироскопических сил в колебательной системе расходомера Кориолиса / В.А. Романов, В.П. Бескачко // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2021. - № 3. - С. 129-140.
- Romanov, V.A. Effects of Dissipative Forces on Coriolis Flowmeter Readings / V.A. Romanov // Flow Measurement and Instrumentation. - 2022. - V. 86. - P. 1-9. EDN: ICNERQ
- Basse, N. Coriolis Flowmeter Damping for Two-Phase Flow Due to Decoupling / N. Basse // Flow Measurement and Instrumentation. - 2016. - V. 52. - P. 40-52.
- Charreton, C. Two-Phase Damping for Internal Flow: Physical Mechanism and Effect of Excitation Parameters / C. Charreton, C. Béguin, A. Ross, S. Étienne, M.J. Pettigrew // Journal of Fluids and Structures. - 2015. - № 56. - P. 56-74.
- Gysling, D.L. Accurate Mass Flow and Density of Bubbly Liquids Using Speed of Sound Augmented Coriolis Technology / D.L. Gysling // Flow Measurement and Instrumentation. - 2023. - V. 91. - P. 1-16. EDN: UJABDT
- Liu, J. Predicting the Output Error of a Coriolis Flowmeter under Gas-Liquid Two-Phase Conditions through Analytical Modelling / J. Liu, T. Wang, Y. Yan, X. Wang // Proceedings of the 18th International Flow Measurement Conference. - Lisbon, 2019. - P. 26-28.
- Stack, C. A Finite Element for the Vibration Analysis of a Fluid-Conveying Timoshenko Beam / C. Stack, R. Garnett, G. Pawlas // 34th Structures, Structural Dynamics and Materials Conference. - 1993. - P. 1552-1562.
