Page 70 - 《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 609

多，固有频率降低的速率逐渐减缓。因为测量管 不同流动状态下对测量管固有频率的具体影响。
排布方式的调整，直接影响测量管的直径与厚度
变形量
等几何参数，还进一步改变系统惯性矩。在保持 最大值 最小值
法兰直径恒定的情况下，随着管路数量的增加，系
统的惯性矩呈现下降趋势。惯性矩的减小，进而
导致系统刚度的降低，最终体现为系统固有频率的
下降。
（a）一阶模态 （b）二阶模态

表 3 不同排布下测量管前六阶固有频率
Tab. 3 The first six natural frequencies of the measuring
tube in different configurations
排布 一阶频 二阶频 三阶频 四阶频 五阶频 六阶频
（c）三阶模态 （d）四阶模态
方式 率/Hz 率/Hz 率/Hz 率/Hz 率/Hz 率/Hz
单直管 379.37 379.37 690.56 690.57 746.44 815.74
双直管 155.88 166.9 170.71 178.41 413.29 446.58
四直管 128.58 140.64 140.85 140.85 149.5 149.97
六直管 112.19 120.84 122.43 122.71 122.14 123.36 （e）五阶模态 （f）六阶模态

图 5 双直管型测量管前六阶模态的振型
单直管
1 000 Fig. 5 The double straight tube type measures the mode of the
双直管
四直管 first six modes of the tube
800 六直管 变形量
固有频率/Hz 600 最大值 最小值

400

200

0 （a）一阶模态 （b）二阶模态
一阶 二阶 三阶 四阶 五阶 六阶
模态 模态 模态 模态 模态 模态
模态

图 4 不同排布下测量管前六阶固有频率对比
Fig. 4 Comparison of the first six natural frequencies of mea-
（c）三阶模态 （d）四阶模态
suring tubes in different arrangements

图 5 和图 6 展示了双直管与四直管前六阶模
态的振型云图，从图中可知测量管每一阶频率均对
应有一个模态振型。观察形变结果，可以发现云图
（e）五阶模态 （f）六阶模态
中的彩色区域反映了不同频率下的振动分布情况，
其中一阶振型与实际工作状态的契合度较高。基 图 6 四直管型测量管前六阶模态的振型
于这一观察，本文选取一阶频率作为激振频率，并 Fig. 6 The four-straight tube type measures the mode of the
first six modes of the tube
将其作为后续研究的重点。
在科氏质量流量计测量过程中，测量管与流体 图 7 显示了不同工质下测量管一阶固有频率
接触部分的固有振动频率会受到流体动态特性的 随排布方式的变化。从图中可知，在不同管型下，
影响。为了确保密度测量的准确性，首要任务是精 空管状态下测量管固有频率最高。其中，单直管结
确获取测量管的固有频率。为完成这一任务，其核 构的差异最为突出，空管状态下的固有频率相较于
心在于采用流固耦合方法，以深入分析管内流体在 水作为工质时管道的固有频率增大 42.32 Hz。相