平行流动中多孔板压力脉动特性的试验研究及数值模拟

发布时间：2020-06-04 14:29

【摘要】：核电站中的管道在流体激振力的作用下会产生剧烈振动和噪音,而管道的长期振动通常会造成管道的振动疲劳,严重时会导致管道产生裂痕,进而使得核电站进行停堆检修,甚至造成灾难性的事故。因此,研究流激振动问题,控制管道内部流体脉动能力,减小管道振动,是提高核电站安全性的必要手段。本文研究采用多孔板降低管道内的流体脉动,有效解决核电站中的管道振动问题。多孔板的主要特点是结构简单、价格低廉、便于安装、易于维修等,现已在核电站中得到广泛的应用。目前,多孔板的应用主要集中在流体与孔板相互垂直作用的形式,这种形式对于流量的影响较大。当孔板与流体之间的作用形式呈平行状态时,多孔板同样能起到减振降压的作用,同时,对流量产生的影响较小。因此,探究平行流动中的多孔板的应用具有重要意义。本文研究了平行流动中的多孔板的流动特性,并对其影响因素(风速、孔直径、孔间距、板下空腔深度)进行讨论,明确了平行流中多孔板的随机振动机理,即多孔板附近的流体脉动能够产生一种随时间而变化的流体激振力激发多孔板作机械振动。发现了有效降低多孔板附近流体脉动强度的方法,为多孔板应用于平行流动提供理论依据。本文采用试验研究和数值模拟的方法对平行流动中的多孔板的压力脉动特性开展了一系列研究,研究内容及成果如下:首先,通过改变孔直径、孔间距和板下空腔深度设计了七种不同结构组合的试验模型,并且搭建了风洞试验台,对其进行了试验研究。该试验主要对多孔板表面的压力脉动特性进行分析。此外,利用商用软件UG建立了简化的三维模型。然后,采用商用软件ANSYS CFX 16.0,对各个多孔板的流动特性进行了研究。结合试验研究,对多孔板附近的压力脉动均方根值(RMS)、频谱特性、流线及压力云图和速度旋转强度分布图进行了探讨,发现风速、孔直径以及孔间距是影响多孔板表面的流动特性的关键因素,而板下空腔深度的影响甚微。试验结果与数值计算结果均表明减小风速和孔直径,增大孔间距对于多孔板尾部空腔中的逆流区及压力分布特性有着明显的改善。主要体现在多孔板附近压力分布更加均匀,无高压区出现,且在尾部空腔中的流体流动更加的稳定有序,涡流的产生较少。板下空腔深度的改变对多孔板表面的压力脉动影响几乎可以忽略不计。因此,较小的风速,较小的孔直径,较大的孔间距可以有效的降低多孔板附近的压力脉动幅值,进而减小多孔板的随机振动。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM623

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