Влияние демпфирования на амплитуды и фазы колебаний системы с гироскопическими связями

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.

Ключевые слова

кориолисов расходомер; демпфирование; пузырьки газа; сдвиг фаз; временная задержка; массовый расход; гироскопические силы.

Литература

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. Romanov, V.A. Effects of Dissipative Forces on Coriolis Flowmeter Readings / V.A. Romanov // Flow Measurement and Instrumentation. - 2022. - V. 86. - P. 1-9.
6. Basse, N. Coriolis Flowmeter Damping for Two-Phase Flow Due to Decoupling / N. Basse // Flow Measurement and Instrumentation. - 2016. - V. 52. - P. 40-52.
7. Charreton, C. Two-Phase Damping for Internal Flow: Physical Mechanism and Effect of Excitation Parameters / C. Charreton, C. B'eguin, A. Ross, S. 'Etienne, M.J. Pettigrew // Journal of Fluids and Structures. - 2015. - № 56. - P. 56-74.
8. 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.
9. 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.
10. 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.