ISSN:
1432-0681
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Mechanical Engineering, Materials Science, Production Engineering, Mining and Metallurgy, Traffic Engineering, Precision Mechanics
Description / Table of Contents:
Übersicht In der Arbeit wird der physikalische Hintergrund des sogenannten Coriolis-Durchflußmeßgreraätes beschrieben. Sie stellt im wesentlichen eine Analyse der (freien) Schwingungsmoden eines durchströmten Rohres dar. Wegen der Trägheitseffekte des strömenden Fluids, hauptsächlich der Coriolis-Kraft, weichen diese Moden in Form (und Frequenz) von denen bei abwesender Strömung ab. Deshalb kann die Fluidträgheit zum Zwecke der Durchflußmessung genutzt werden. Bei der Durchführung der Analyse wird eine vereinfachende Näherung vorgenommen: Das Rohr wird als dünner Balken, das Fluid als laufende Saite (oder laufender Faden) betrachtet. Durch diese Näherung wird ein Teil der Freiheitsgrade des Rohres eliminiert; dem Fluid bleibt ein einziger Freiheitsgrad, der mit seiner (mittleren) Geschwindigkeit verbunden ist. Die wesentlichen Merkmale des hier betrachteten Phänomens bleiben jedoch davon unbetroffen. Die Schwingungsgleichungen werden über das Variationsprinzip abgeleitet unter der Zwangsbedingung einer gemeinsamen Schwingungsamplitude von Rohr und Fluid. Der mit dem auferlegten Zwang verbundene Lagrange-Multiplikator ergibt die zwischen Rohr und Fluid wirkende Kraft. Die Moden werden durch ein Störungsverfahren bestimmt, mit der Fluidgeschwindigkeit als Störungsparameter. Die Analyse zeigt als Hauptergebnis, in welcher Weise der Zeitunterschied zwischen den Schwingungen zweier entsprechend gewählter Punkte des Rohres zur Bestimmung des Massendurchflusses des Fluides benutzt werden kann. Auch andere Aspekte des Problems, wie etwa die genaue Rolle der Coriolis-Kraft, werden betrachtet. Die mögliche Verbesserung der angewandten Näherung wird besprochen.
Notes:
Summary The paper aims at a detailed description of the physical background, for the so-called Coriolis mass flow meter. It presents essentially an analysis of the (free) vibration modes of a fluid conveying straight pipe segment. Due to the inertial effects of the flowing fluid, mainly the Coriolis force, these modes deviate in shape (and in frequency) from those appearing in the absence of fluid motion. The effect of fluid inertia may, therefore, be exploited for the purpose of flow measurement. The analysis is performed under a simplifying approximation: The pipe is considered as a beam, the fluid as a moving string. This approximation leaves the fluid with only one degree of freedom, connected with its mean velocity, and eliminates an infinity of degrees of freedom of the pipe. Yet it keeps, the essential features of the phenomenon. The equations describing the vibrations are derived variationally, with the constraint of a common vibration amplitude of both fluid and pipe. The Lagrange multiplier associated with the constraint gives the interaction force between pipe and fluid. The modes are determined by a perturbation procedure, wherein the small (perturbation) parameter is related to the fluid velocity. The analysis shows, as main result, how the time delay between the vibrations of two appropriately chosen points of the pipe may serve to determine the mass flow rate of the fluid. Other aspects of the problem, like the precise role of the Coriolis force, are considered. The possible improvement of the used approximation is discussed.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF00788053
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