基于有限元仿真的Π型管科氏流量计液氢测量特性研究

来源：计算机测量与控制杂志2025年第12期北京时间：

作者：王家强,邢兰昌,陈家辉,左艳彤,邵红

单位：中国石油大学（华东）控制科学与工程学院

摘要：针对液氢质量流量的准确测量需求，基于COMSOL Multiphysics平台建立了Π型管科氏流量计的有限元数值模型。以水为工质进行数值仿真，通过与理论结果对比验证了模型的可靠性；以液氢为工质，系统地研究了Π型管科氏流量计的测量特性，分析了激振频率、检振器位置、激振器长度对相位差及振幅的影响，探讨了温度变化对测量相位差的影响规律。研究结果表明：1）激振频率方面，采用湿模态频率作为激振频率可获得更大的振幅，利于信号采集和处理，同时温度变化会通过影响测量管材料特性改变固有频率，因此需相应地调整激振频率；2）检振器位置对相位差影响显著，远离固定端时相位差逐渐减小，对于Π型管模型应选择弯管与进出口直管段交界处作为检振器安装位置，该位置不仅具备较高的检测灵敏度，还能够为检振器提供具有更高振幅的信号；3）激振器长度对流量系数的影响较小，但与振动幅值正相关，较长的激振器可获得更高振幅的信号，需结合实际结构需求权衡设计；4）温度变化会引起测量管和液氢物性参数的改变，其中液氢密度对相位差的影响最为显著，测量管弹性参数也对相位差有一定影响，而测量管密度和流体黏度的影响可忽略。研究成果可为液氢科氏流量计的结构优化、测量精度提升提供理论和模型基础。

关键词：科氏流量计;液氢;有限元模拟;流固耦合;测量特性

基金资助：国家自然科学基金项目（面上项目）,国家科技攻关计划