Page 68 - 《真空与低温》2025年第5期

刘 冰等：大口径 LNG 科氏质量流量计模态分析 607

ϕ500 mm 式（5）称为科氏质量流量计振动系数的特征方
ϕ400 mm 程，通过对特征值 ω进行求解，即可得到特征向量
ϕ330 mm
43 mm {ϕ}所对应的不同模态下系统的固有频率。
1.3 边界条件和初始条件
在科氏质量流量计的模态分析中，选用 316 L
不锈钢作为测量管材料，并依据材料物性库对其相
2 000 mm 关参数进行设定。边界条件设定为测量管两端固
定支撑，确保结构稳定性。同时，设置最大模态分
析阶数，以全面记录测量管的振动特性。
（a）单直管型 模态分析过程包含干模态分析与湿模态分析
200 mm 两部分。干模态分析关注结构在无流体状态下的
ϕ500 mm
ϕ400 mm 固有频率和振型，通过排除流体因素，单独考察测
ϕ120 mm
43 mm 量管本身的振动特性。湿模态分析则深入考察流
体与固体结构间的相互作用对振动特性的影响。
基于结构动力学方程，借助流固耦合面，将流体作
2 000 mm 用传递至固体结构，计算出流体-固体相互作用下
的固有频率及振型。
在湿模态分析的几何建模环节，需同时兼顾测
量管结构与流体区域。条件设置方面，分别明确固
（b）双直管型
ϕ500 mm 体材料属性和流体介质属性。对于流体域，特别关
160 mm ϕ400 mm 注其与测量管接触的界面，将其设定为流固耦合界
ϕ96 mm
43 mm 160 mm 面。流体介质属性的设定主要依据密度、黏度和
声速等物性参数，通过使用美国国家标准与技术研
究院（NIST）开发的 REFPROP（Reference Fluid Ther-
modynamic and Transport Properties Database）软件查
2 000 mm 询所得的水、LNG 的热物性参数如表 1 所列。鉴
于金属材料的优良导热性，假定测量管温度与管内
流体温度一致。计算时，选取对应温度下的 316 L
（c）四直管型 不锈钢物性参数。此外，由于流体处于持续流动状
ϕ500 mm 态，假定流体与测量管的温度维持恒定，以模拟实
ϕ400 mm
120 mm ϕ80 mm 际工况下的温度条件。

表 1 水和液化天然气的相关物性参数（0.101 3 MPa）
43 mm 140 mm Tab. 1 Related physical properties of water and liquefied

natural gas（0.101 3 MPa）

温度/ 密度/ 黏度/ 声速/
流体工质 K （kg·m ） （mPa·s） （m·s ）
−3
−1
2 000 mm 水 293.15 998.21 1.001 6 1 482.3
液化天然气 111.15 453.21 0.131 72 1 421.9

（d）六直管型
1.4 网格无关性验证
为确保数值计算结果的准确性，减少因网格数
图 1 不同排布下测量管的结构型式
量差异导致的离散误差，本文进行了网格无关性验
Fig. 1 The structure type of measuring tube in different
证。选取了 1 万、4 万、10 万、21 万、31 万和 51 万
arrangement
这六种网格数量，对单直管型测量管在不同模态下