科里奥利质量流量计动态数值分析及结构优化

摘要

科里奥利质量流量计(Coriolis Mass Flowmeter, CMF)是利用流体通过做简谐振动管道时产生的科氏效应来测量流体质量流量的。同其他流量计相比具有计量精确,不易受温度、密度、流动状态的影响,可测范围广等诸多优点。
　　为了提高CMF的测量精度,节省开发研制成本,对其进行动态数值分析则显得尤为重要。本课题面向工程实际,运用开发的流固耦合数值分析方法对影响CMF耦合频率和测量精度的各种因素进行分析,分析结果对其结构优化具有指导意义。
　　本文所做的主要工作概述如下:
　　(1) CMF流固耦合数值分析方法的开发
　　介绍了运用有限元软件ADINA进行流固耦合数值分析的方法,并以文献中的单直管型科里奥利质量流量计为例,计算不同流速下的相位差。计算结果与文献中数据具有很好的一致性,从而验证了该数值分析方法的正确性。
　　(2)双U型CMF流固耦合模态分析和振动分析
　　文中以带有减振板的双U型CMF为例,运用流固耦合数值计算方法对其进行了流固耦合模态分析和振动分析,讨论了激振器和信号检测器的附加质量、减振板厚度和位置等因素对CMF耦合模态和相位差的影响。了解二者在不同影响因素下的变化趋势,有助于据此设计测量管谐振频率的微调装置,可以有效避免工业现场低频振动的干扰;同时也可有效提高CMF的测量精度。
　　(3)双U型CMF测量管振动特性分析
　　进行了双U型CMF测量管振动特性分析,讨论了阻尼比、激振力幅值、激振频率对振幅比的影响。计算结果表明,振幅比与激振力的大小基本无关,并且阻尼变化时,共振频率随阻尼的增加而减小。
　　(4)菱型CMF测量管形状结构优化
　　讨论了决定菱型CMF测量管形状的主要参数对测量精度的影响。计算结果表明:扁平形状的测量管其转动惯量较大,测量精度亦较大。分析结果可为菱型CMF测量管结构优化提供参考。

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第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2 典型CMF结构及组成

1.3 CMF测量原理简介

1.4 CMF分类

1.5 国内外研究现状

1.6 本课题研究的主要内容

第二章CMF流固耦合数值分析方法的开发

2.1 引言

2.2 流固耦合分析基础

2.3 流固耦合数值分析商用软件对比

2.4 流固耦合数值分析方法的开发

2.5 单直管型CMF数值计算结果对比分析

2.6 本章小结

第三章 双U型CMF流固耦合振动特性的影响因素研究

3.1 引言

3.2 双U型CMF有限元模型的建立

3.3 耦合模态影响因素研究

3.4 CMF相位差影响因素研究

3.5 管接头焊接变形对CMF耦合振动特性的影响

3.6 本章小结

第四章CMF测量管振动特性分析

4.1 引言

4.2 单自由度简谐力作用下无阻尼系统振动理论

4.3 单自由度简谐力作用下有阻尼系统振动理论

4.4 双U型CMF测量管振动特性分析

4.5 本章小结

第五章 菱型CMF结构优化

5.1 引言

5.2 菱型CMF测量管形状参数

5.3 有限元模型建立

5.4 流固耦合模态分析对比

5.5 时间差和相位差对比

5.6 本章小结

第六章 结论与课题展望

6.1 主要研究工作总结与结论

6.2 课题展望

参 考 文 献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文