位于小圆柱尾流中圆柱的流致振动研究

发布时间：2017-04-24 21:15

  本文关键词：位于小圆柱尾流中圆柱的流致振动研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于流动诱发振动在现实生活中的普遍性与危险性,例如核电站中的冷却设施,如果控制不当,可能导致管道损坏,甚至会导致核泄漏等辐射危害居民健康,故为研究流动诱发振动机理,本文选取双圆柱为研究模型,前后圆柱大小不同,串列布置,下游圆柱两端端部用弹簧上下连接使可以沿垂直于来流方向进行自由振动。在本课题中d/D分别为0.2,、0.4、0.6、0.8以及1.0,通过改变前圆柱位置实现改变L/d,变化为1.0 5.5。其中L为上游圆柱中心与后圆柱前驻点的距离,d与D分别为前后圆柱直径。通过实验发现,在L/d=1.0时,在d/D为0.2 0.8有剧烈振动(驰振),在1.0L/d2.5、d/D=0.2 0.6,2.5L/d≤3.0、d/D=0.2 0.4以及4L/d≤5.5、d/D=0.2时有驰振现象发生。并且发现通过减小d/D,会在L/d更大的位置处产生驰振。一旦圆柱开始振动,振幅随着约化速度Ur增大而迅速上升,这是由于当速度变化时,升力增大,对圆柱做功能力增大,即Wf增大,在其增大的过程中,Wf大于阻尼所做的负功Wd,即流体在向振动圆柱提供能量,并转化为机械能。但由于Wd增速较快,最终Wf=Wd,振动稳定,振幅不变。更一步指出的是,驰振后尾流的流动所得频谱图呈现两个峰值,分别对应于振动固有频率与涡脱落频率。前者在尾流中一直存在,但后者随着流动快速消失。在前圆柱尺寸变小时,其对应的尾流相对变窄,使再附着点接近后圆柱的前驻点,因此该剪切层能在圆柱上下交替摆动,引起圆柱振动。
【关键词】：不同串联圆柱 流致振动 涡脱落 能量转换
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB53
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-5
• 英文部分5-68
• ACKNOWLEDGEMENTS5-11
• Introduction11-22
• 1.1 Background11-14
• 1.2 Literature review14-19
• 1.2.1 Fixed cylinders14-16
• 1.2.2 Flexible cylinders16-19
• 1.3 Objectives19-20
• 1.4 Thesis outline20-22
• Experimental set-up and techniques22-30
• 2.1 Wind tunnel22
• 2.2 Vibration measurement22-24
• 2.3 Flow characteristics24-27
• 2.3.1 Vortex shedding frequency24-25
• 2.3.2 Flow field and vorticity25-26
• 2.3.3 Flow visualization26-27
• 2.4 Force measurement27-30
• Results and discussion30-62
• 3.1 Vibration Response30-34
• 3.1.1 Structural properties30-31
• 3.1.2 Vibraton response31-34
• 3.2 Flow characteristics34-46
• 3.2.1 Vortex shedding characteristics34-38
• 3.2.2 Wake evolution38-40
• 3.2.3 Vibration regimes40-42
• 3.2.4 Bi-stable flow42-46
• 3.3 Mechanism46-62
• 3.3.1 Force validation46
• 3.3.2 Phase angle and pressure distribution46-50
• 3.3.3 Energy conservation50-57
• 3.3.4 Motion parameter57-58
• 3.3.5 Instability58-62
• Conclusions62-64
• 4.1 Conclusions62-63
• 4.2 Future work63-64
• References64-68
• 中文部分68-95
• 第1章 绪论70-76
• 1.1 课题背景及研究意义70-71
• 1.2 国内外相关领域研究现状综述71-75
• 1.2.1 国内外两个固定圆柱的研究现状71-72
• 1.2.2 国内外两个灵活圆柱的国内外现状72-75
• 1.3 本文主要研究内容75
• 1.4 论文纲要75-76
• 第2章 实验装置与研究方案76-81
• 2.1 风洞76
• 2.2 振动测量76-77
• 2.3 流动特性77-78
• 2.3.1 漩涡脱落频率77-78
• 2.3.2 流场及涡量78
• 2.3.3 流动显示78
• 2.4 流体作用力测量78-81
• 第3章 振动响应81-84
• 3.1 单圆柱与双圆柱振幅81-83
• 3.2 本章小结83-84
• 第4章 流动特性84-88
• 4.1 漩涡脱落频率84-85
• 4.2 尾流变化85-86
• 4.3 振动区域86-87
• 4.4 本章小结87-88
• 第5章 振动机理88-93
• 5.1 压力分布88
• 5.2 能量守恒88-91
• 5.3 不稳定性91-92
• 5.4 本章小结92-93
• 结论93-94
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果94-95
• 致谢95

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本文编号：324999