考虑流固耦合的管内压力波传递特性分析

考虑流体的科氏力、离心力以及迁移力,导出直管14方程的流固耦合模型,建立不同管段间的角度转换矩阵和流体压力波透射边界的传递矩阵,并验证了该模型及算法的正确性。通过改变介质参数、流体边界条件以及管段间的夹角,对流固耦合作用下的管内压力波传递特性的影响规律及其特征进行了分析和研究。结果表明,由于流固耦合的作用,即使流体在透射边界时,弹性管内亦会出现一定的驻波,且管内介质及管道属性越相近,驻波现象越明显;流固耦合对压力波的影响在流体为“绝对硬”边界时达到最大;当管道强制流体改变运动方向时,由于Burdon耦合的作用,使得压力波的频域响应共振峰增多,并且这些新增的共振峰受转角影响更为明显。     

考虑流体附加质量的输流管道振动特性分析

针对管内流体激励(flow-induced vibrations,FIV)引起的结构振动问题,考虑单向流固耦合作用,通过引入附加质量分析内流流速对结构振动特性的影响。以两端固定支撑输流直管作为研究对象,利用数值方法模拟不同流速下管内的流动状态,获取流体压力系数、湍动能及管道结构位移响应。基于单向耦合振动机理,建立管道流固耦合附加质量模型,采用FEM方法展开结构模态分析,计算流体作用于结构的附加质量和固有频率。数值仿真结果表明:内部流体流速对管道结构振动有较强的耦合作用,流速增加使得耦合附加质量增大,且存在临界流速使管道发生静态屈曲失稳现象。与经验公式对比,该计算结果在10%的误差范围内能更准确地反映流体对结构振动的单向耦合作用。因此,提出的方法能够应用于单向耦合振动问题分析,并为研究流固耦合对结构动力特征影响等管内流动的FIV问题提供思路。     

冷凝器冷却水通道声传递特性

为阐明冷凝器冷却水通道的声传递特性、提高循环水系统声学设计能力,将换热方程和一维平面波方程耦合,推导得到换热管内冷却水声传递矩阵,针对冷凝器几何结构建立总传递矩阵并求解得到其冷却水通道声传递损失。建立试验系统验证了冷凝器冷却水管路声传递损失计算结果。根据换热管双向流固耦合分析计算结果,管外蒸汽绕流对换热管内冷却水脉动压力的影响可以忽略,冷凝器进出口管内水声和管壁振动测试结果也表明,该系统内冷却水脉动和管壁振动耦合紧密,管内流体脉动是管壁振动的主要激励源。研究结果还表明,通过调整冷凝器冷却水通道结构参数可以调节冷却水声传递损失。     

充液直管动力响应特性研究

本文讨论充液直管在低频时的动力响应特性,考虑管道中液体压力脉动和结构振动之间的耦合作用,由充流直管梁模型的振动微分方程组,导出了充液直管的传递矩阵,并用传递矩阵法对一具体直管装置进行了数值计算,分析了管道中的能量分布规律,讨论了不同参数对响应的影响。     

TBM液压管道频谱特性分析和结构优化

考虑到全断面硬岩推进机(TBM)掘进过程中轴向基础振动对流体流速和压力波动的影响,运用输流管道流固耦合轴向运动4-方程模型,分析基础振动的影响,建立轴向基础振动下的TBM液压管道轴向耦合振动方程组,并用直接解法在频域内对其进行求解,再运用MATLAB软件对管道出口处流速和压力的频域响应特性进行仿真计算,随之分析基础振动和不同结构参数对流体频域响应的影响规律。同时,为减弱基础振动对流体出口参数的影响,运用正交实验法对管道进行结构优化,优化后的管道系统流速的频域幅值整体上减小了48.61%,从而在一定程度上抑制了因基础振动带来的流体波动。     

基于精细传递矩阵法的变厚度圆柱壳自由振动分析

结合精细积分和传递矩阵方法,对变厚度圆柱壳的自由振动进行计算分析。该方法基于圆柱壳的基本微分方程,推导得到关于位移内力向量的一阶齐次偏微分方程,采用精细积分求得场传递矩阵,将其进行组装得到总传递方程,根据边界条件求解总传递方程中系数矩阵的行列式,计算得到变厚度圆柱壳的固有频率。将计算结果与有限元结果进行对比,验证方法的准确性及有效性。同时探究了边界条件、厚度变化形式、厚度变化系数及长径比对自由振动的影响规律。     

风机管道声学测试中的影响因素分析

流体机械流动噪声常使用管道法测量,风机管道声学测试中存在多种因素干扰影响测试的准确性。安装于管内的传声器接收到的信号包含了声源的“真声”、仪器表面局部湍流脉动压力引起的“伪声”、管壁振动辐射声以及管壁振动传递引起的传声器振动信号,通过试验方法对各信号成分进行了测试与分离。结论显示,传声器湍流自噪声“伪声”对“真声”测试产生明显干扰,需要安装气流防护装置降低湍流自噪声,而管壁振动分量远低于声源信号,对声源测试的影响可忽略不计。     

基于流固耦合的水力瞬变三维模拟及管壁动态应力分析

水力瞬变也称为水锤,是由于管道内压力瞬间升高,压力波在管道内以声速传递的现象。紧随着压力波,管壁上产生动态应力,进而导致管道失效。基于ALE流固耦合方法模拟由于阀门突然关闭导致的管道中流体冲击波,并与一维水锤冲击波理论值进行了对比。在此基础上分析了不同约束条件下,距离管道末端一定距离,由于管壁变形和振动而产生的三维动态应力。发现在水锤波传播过该位置一段时间之后,管壁应力才达到最大值,此外管壁周向应力在动态应力中影响是最主要的。     

挠性橡胶管管壁对压力波传播速度的影响

为研究挠性橡胶管衰减管内流体脉动的机理,由流体的质量连续和动量方程出发,并将挠性橡胶管管壁 的粘弹性和横截面径向阻抗率加以考虑,得出了管中压力波的波动方程.用波数的概念将管内流动介质的波动方程化为 传递矩阵的形式.。在此基础上,得出了压力波在挠性橡胶管介质中传播时的复波速。为说明管壁的横截面径向阻抗率 对在胶管介质中传播的压力波的影响,与不考虑阻抗率而仅考虑管壁粘弹性的复波速进行了对比,并且分别考虑了厚壁 管和薄壁管两种情况;研究了管中流体流速对其流体脉动衰减的影响并建立了流体脉动衰减的传递损失的公式。计算 结果表明,薄壁管比厚壁管能更有效地抑制脉动;管壁阻抗率对压力波在挠性橡胶管介质中的传播的影响不容忽视;适 当加大挠性橡胶管管径可以更有效地衰减流体脉动。     

低温流体输送过程中采用贴壁式温度传感器测温时的传热分析

低温流体的输送广泛采用发泡绝热管道和真空绝热管道,采用贴壁式热电阻温度传感器测量管内流体温度时,影响测量精度的因素很多。运用一维稳态径向传热模型和热阻网络分析了发泡绝热结构和真空绝热结构下的热阻组成及热平衡关系,得到了温度传感器所测的温度与管道流体温度以及外界环境温度之间的计算关系式,并定量分析了接触热阻和真空度对输送液氮管道的温度传感器所测温度的影响。     

基于分离系数矩阵差分法的输流管道轴向耦合响应特性研究

利用分离系数矩阵差分法配合隐式欧拉法,针对输流直管轴向振动流固耦合-四方程模型进行数值仿真计算,研究在水锤激励下,输流直管耦合轴向振动响应特性。分离系数矩阵差分法避开特征线法复杂的时间或空间插值,能根据波的传播方向选择适当的差分公式进行计算,简单可行且稳定性较好。将该数值模式的计算结果与前人的数值结果和经典水锤理论对比,吻合良好,表明其具有较高的适应性和准确性。对比分析了仅考虑泊松耦合时和同时考虑泊松与连接两种耦合时,流体流速、管内压强、轴向管道振动速度以及管壁应力四个特征参数的响应特性。结果表明,两种耦合作用对管道轴向振动特性的影响不容忽视,泊松耦合主要影响振动响应幅值,而连接耦合不仅会影响振动幅值,还会影响振动频率。     

基于遗传算法的分支管路系统动力学优化设计

首先给出了传递矩阵法计算管路动力学问题的一般步骤和任意管路分支元件吸收传递矩阵法点传递矩阵的建立过程,实现了分支管路系统动力学问题的求解并通过与实验结果的对比证明其正确性;之后基于选定的分支管路设计基础模型,利用均匀设计原则选取计算样本并应用传递矩阵法对样本模型进行计算,最后利用二阶多项式响应面函数逼近回归模型并应用遗传算法寻优,对分支管路进行优化设计,通过吸收传递矩阵法、均匀设计原则和数学建模优化的方法,更好地节省计算成本和资源,对分支管路设计过程有一定的指导意义。     

液氮预冷管道表面温度的数值模拟研究

基于FLUENT建立传感器温度测量以及管道内液氮流动的数值计算模型,计算并分析对于与管壁不同接触面积、管道上不同安装位置、液氮不同流速以及不同管长条件下温度传感器所测温度变化规律以及影响温度传感器测量出的温度值与管内流体温度之间差异的因素。     

高黏度流体用阀门管路系统振动特性研究

在研究高黏度流体的阀门管道系统振动失效问题时,考虑高黏度流体黏性和阀门动态关闭过程对管路振动的影响,从流固耦合角度分析并优化管路的振动。首先以高黏度流体的三维折弯管为例,采用有限元模拟分析与实验测量两种方法相对比,验证了有限元模拟方法的可靠性。通过SOLIDWORKS软件建立截止阀和管路三维模型,采用FLUENT软件动网格技术,在ANSYS WORKBENCH中搭建流场与结构的耦合模拟平台,通过分析得出截止阀在不同的关闭方式,管道受冲击后的变形量存在差异,其中以正弦方式关闭造成的变形量最小;不同的支撑位置对结构变形的影响较大;随着壁厚增加,管道流固耦合振动效应有小幅度降低;随着管路折弯半径增加,系统流固耦合振动频率有小幅上升。为高黏度流体的阀门管道系统设计和应用提供科学依据。     

多级离心泵叶轮时序对振动性能影响的数值研究

为研究节段式多级离心泵叶轮时序位置对流致振动的影响,结合CFD\FEM方法对考虑叶轮交错角度的泵体在水力激励作用下结构的动力响应进行了计算分析。结果表明,首级内压力脉动的频率、幅值和相位不受叶轮时序位置的影响;次级内压力脉动的频率同样没有发生明显变化,幅值随着时序角度的增大有微小增幅,而相位随着时序角度的改变发生明显变化。当时序角度刚好为叶轮叶片角度的一半时,次级转子内压力脉动相位刚好与首级错开90°,压力脉动方向与首级相反,导致轴向的激励减小,轴向振动存在相反的量,使得泵整体振动水平明显下降。     

TBM液压直管道的非线性动力学特性研究

针对TBM掘进过程中产生的振动对液压管道的影响,以液压直管为研究对象,在考虑管道变形的几何非线性及流体脉动的情况下,建立系统的非线性运动微分方程,运用Galerkin方法对其进行离散化,采用数值仿真方法分析基础振动振幅及频率对系统非线性动力学特性的影响规律。结果表明随着基础振动频率和幅值的变化,管道系统交替呈现周期和混沌运动两种形态。系统通过系列倍周期分岔或阵发性混沌进入混沌,通过倍周期倒分岔脱离混沌;当传递到管道上的基础振动频率低于42 Hz时,或者当传递到管道上的基础振动幅值D在(0,2.5)和(6.5,8.4) mm区间时,可以有效避免系统混沌运动的产生,增加管道运动的稳定性。     

基于FLUENT下双声道超声波流量计最优声道研究

通过FLUENT仿真模拟,建立组合双弯管及收缩管道仿真模型,研究双声道超声波流量计安装位置和雷诺数对于管道内流体速度场的影响。通过流量计的相对误差及修正系数的计算,定量分析流量计的最佳安装角度以及最优声道位置。模拟结果表明,组合弯管和收缩管与超声波流量计的安装位置至少为20D才能保证管道内流体充分发展;流量计安装角度在45°时能够最大限度覆盖更多的速度区域,保证测量的精确度;通过修正系数随雷诺数的变化情况得出双声道超声波流量计的最优声道位置为距管道截面中心0.225D处。研究结论适用于不同类型管道结构,有助于超声波流量计的优化设计以及工业应用中测量精度的提高。     

换热器试验台节流管道气蚀现象数值模拟分析

对于换热器试验台水管路中发生的气蚀现象,应用数值计算方法,模拟了流体在管道节流中气蚀的过程;分析了在不同出口压力下,管路中沿程含水量、沿程压力变化等规律。数值计算结果可对管道中气蚀产生及溃灭的位置进行预测,并对相关节流装置气蚀的分析提供参考。     

汽车空调低压管路流固耦合振动特性分析EI北大核心CSCD

汽车空调管路的振动与噪声直接影响车内舒适度。基于计算流体力学和结构有限元的流固耦合方法分析了某型汽车空调低压管路系统在制冷剂作用下的振动特性;建立低压管路系统的有限元模型,进行空管模态分析和流体作用下的预应力模态分析,针对橡胶管结构采用分层建模方法进行模态试验验证;使用流体动力学方法分析了制冷剂的流场特性,获取管壁压力,进行流固耦合作用下的管路振动特性分析,分析了流体脉动频率和橡胶管硬度对流致振动特性的影响。结果表明:空调低压管路的模态表现为低频振动的特点,且模态振型主要体现在橡胶管上;考虑制冷剂与管路的流固耦合作用后,模态固有频率增大,最大增加43.83%;靠近压缩机的橡胶管在脉动压力激励下表现出周期性的振动,远离压缩机的橡胶管振动逐渐衰减;管道应力与压缩机工作频率成正相关关系,管道振动位移随着橡胶管硬度增大而减小。     

空调设备管道隔振减噪的研究

空调设备的振动除了通过基础沿建筑结构传递外,还可以通过管道和管内介质以及固定管道的构件传递并辐射噪声,因此,它也是传播“固体声”的桥梁。 管道隔振是通过设备与管道之间的软连接(即弹性连接)实现的。它与基础隔振不同之处在于管道隔振后,管内介质的振动仍然可以沿管道传递,因而在振动力和辐射面相当的条件下,其隔振减噪的效果远不如基础