双圆管结构流致振动的实验研究
发布时间：2021-11-25 19:26
流体经过管柱结构时会发生漩涡脱落,使得结构表面产生周期性的激励力,导致弹性结构发生周期性甚至更为复杂的振动。多圆管排列结构的流固耦合振动问题越来越受国内外学者的关注。本文针对双圆管结构,采用风洞实验和有限元仿真技术,研究了均匀流场中弹性支撑管的振动响应与流速、水平距以及错位距的关系。具体研究内容如下:（1）基于实验研究的方法和理论,建立了双圆管结构的流致振动实验模型。其上游管两端固支,可以认为是刚性管;下游管两端用弹簧支撑,可以在垂直于来流方向进行振动。（2）通过改变双管之间的水平距L/D和错位距H/D,研究不同间距比对圆管结构振动响应的影响。结果表明,双管结构的振动响应与单管振动时的情况明显不同。且不同排列方式（串列排布或交错排列）的圆柱也表现出不同的响应特征。水平距L/D越小,上游管对下游管振动的影响也越大,待研究管的临界流速越小。错位距H/D=0.25时,弹性管的起振流速最小,并且随着H/D数值（两圆管的错位距离）的增加,下游管的临界流速越大,振动幅值越小。（3）结合实验内容,采用有限元分析软件,选择合适的湍流模型,对横向流作用下,串列双圆管结构模型进行了双向流固耦合计算,讨论了...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同参数圆柱绕流的旋涡脱落现象随着换热器效率的提升以及设备的大型化发展，结构发生振动失稳与破坏的事故
图 1-2 塔科马海峡大桥在大风中“舞动”体诱发振动问题不断深入的研究，研究人员发现不仅在换热器固耦合问题，而且在建筑工程中也存在一些不单单是以前人们质上是流固耦合问题[17]。比较典型的案列是：1940 年建成不足被 8m/s 的大风吹垮（如图 1-2 所示），1964 年美国阿拉斯加大破坏从而造成了重大的经济损失[18]。流体引发的结构振动破坏人们不得不对这些潜在的安全隐患问题进行大量研究[19]。和纵向流的作用下结构都有可能发生振动失稳问题，横向流是管的轴线相垂直，纵向流是指流体的运动方向和结构的轴线相构的影响比较明显，即使很小的流速作用也有可能导致结构的影响则相对较小[20]。从位置上可以分为：管内流和管外流，管共存的环境中[21]。管柱相互之间的扰动影响，管和固定挡板之力的突然变化而产生的小裂纹等原因可能对管柱结构稳定造成生在核工业中，会导致放射性物质泄漏的灾难性后果[22]。引发流速被称为临界流速[23]，当外流速低于临界流速时，结构稳定
可以根据斯特劳哈尔数、雷诺数以及结构的特征参数计脱落频率接近管柱结构的自振频谱时，结构会发生大振幅流抖振：涡激共振一般发生在来流速度相对较低的层流状体会变为相对较为复杂的湍流状态[26]。湍流流体中的压数都随着时间的变化而发生改变，当脉动湍流的主频率接近，结构会发生共振现象。体弹性不稳定性：当流速超过其临界流速并稍有增加时，不稳定是由于湍流或者其他原因引起管柱在其原始位置改变，破坏相邻管柱上力的平衡，使周围管柱产生位移处增加，管道不断从流体吸收能量，当吸收能量大于管道消增大，使管道产生不稳定的最小流速即为临界流速[28]。高效，流体速度即使小于初始速度时仍会持续下去。已有研究振动的原因可能是漩涡脱落或湍流抖振，而当流速较大时流体弹性不稳定性。这三种不同机理随流速变化的曲线如
【参考文献】：
期刊论文
[1]管束结构的流致振动特性研究[J]. 冯志鹏,臧峰刚,张毅雄. 原子能科学技术. 2015(01)
[2]考虑阻尼海底悬跨段管道的动力特性及允许悬空长度[J]. 杨新华,郭海燕,娄敏,傅强. 海洋工程. 2005(01)
[3]管束的流体弹性不稳定性的研究[J]. 聂清德,张明贤,郭宝玉,申东雄. 振动工程学报. 1993(02)
[4]管壳式换热器振动的诊断及预测[J]. 聂清德,张明贤,候曾炎,崔俊果,滕云富. 压力容器. 1992(05)
博士论文
[1]低雷诺数下均匀流和振荡流共同作用的圆柱体受迫振动和涡激振动研究[D]. 邓跃.中国海洋大学 2014
[2]双自由度涡激振动的涡强尾流振子模型研究[D]. 秦伟.哈尔滨工程大学 2013
[3]立管涡激振动的实验研究与离散涡法数值模拟[D]. 宋吉宁.大连理工大学 2012
[4]多柱体系统静止绕流与涡激振动的试验及数值研究[D]. 高洋洋.中国海洋大学 2011
[5]海洋工程中小尺度物体的相关水动力数值计算[D]. 吕林.大连理工大学 2006
[6]管阵流体弹性不稳定性研究及流体诱发振动数值模拟[D]. 吴一红.清华大学 1991
[7]管阵流体弹性不稳定性研究及随机响应分析[D]. 黄平.清华大学 1989
硕士论文
[1]基于RANS的圆柱涡激振动数值模拟[D]. 杨志斌.天津大学 2016
[2]低雷诺数下圆柱结构系统的流固耦合运动数值分析[D]. 郭晓玲.大连理工大学 2013
[3]考虑流固耦合的大位移柔性立管涡激振动研究[D]. 顾恩凯.中国海洋大学 2012
[4]细长柔性立管涡激振动的实验研究[D]. 张建侨.大连理工大学 2009
本文编号：3518645
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同参数圆柱绕流的旋涡脱落现象随着换热器效率的提升以及设备的大型化发展，结构发生振动失稳与破坏的事故
图 1-2 塔科马海峡大桥在大风中“舞动”体诱发振动问题不断深入的研究，研究人员发现不仅在换热器固耦合问题，而且在建筑工程中也存在一些不单单是以前人们质上是流固耦合问题[17]。比较典型的案列是：1940 年建成不足被 8m/s 的大风吹垮（如图 1-2 所示），1964 年美国阿拉斯加大破坏从而造成了重大的经济损失[18]。流体引发的结构振动破坏人们不得不对这些潜在的安全隐患问题进行大量研究[19]。和纵向流的作用下结构都有可能发生振动失稳问题，横向流是管的轴线相垂直，纵向流是指流体的运动方向和结构的轴线相构的影响比较明显，即使很小的流速作用也有可能导致结构的影响则相对较小[20]。从位置上可以分为：管内流和管外流，管共存的环境中[21]。管柱相互之间的扰动影响，管和固定挡板之力的突然变化而产生的小裂纹等原因可能对管柱结构稳定造成生在核工业中，会导致放射性物质泄漏的灾难性后果[22]。引发流速被称为临界流速[23]，当外流速低于临界流速时，结构稳定
可以根据斯特劳哈尔数、雷诺数以及结构的特征参数计脱落频率接近管柱结构的自振频谱时，结构会发生大振幅流抖振：涡激共振一般发生在来流速度相对较低的层流状体会变为相对较为复杂的湍流状态[26]。湍流流体中的压数都随着时间的变化而发生改变，当脉动湍流的主频率接近，结构会发生共振现象。体弹性不稳定性：当流速超过其临界流速并稍有增加时，不稳定是由于湍流或者其他原因引起管柱在其原始位置改变，破坏相邻管柱上力的平衡，使周围管柱产生位移处增加，管道不断从流体吸收能量，当吸收能量大于管道消增大，使管道产生不稳定的最小流速即为临界流速[28]。高效，流体速度即使小于初始速度时仍会持续下去。已有研究振动的原因可能是漩涡脱落或湍流抖振，而当流速较大时流体弹性不稳定性。这三种不同机理随流速变化的曲线如
【参考文献】：
期刊论文
[1]管束结构的流致振动特性研究[J]. 冯志鹏,臧峰刚,张毅雄. 原子能科学技术. 2015(01)
[2]考虑阻尼海底悬跨段管道的动力特性及允许悬空长度[J]. 杨新华,郭海燕,娄敏,傅强. 海洋工程. 2005(01)
[3]管束的流体弹性不稳定性的研究[J]. 聂清德,张明贤,郭宝玉,申东雄. 振动工程学报. 1993(02)
[4]管壳式换热器振动的诊断及预测[J]. 聂清德,张明贤,候曾炎,崔俊果,滕云富. 压力容器. 1992(05)
博士论文
[1]低雷诺数下均匀流和振荡流共同作用的圆柱体受迫振动和涡激振动研究[D]. 邓跃.中国海洋大学 2014
[2]双自由度涡激振动的涡强尾流振子模型研究[D]. 秦伟.哈尔滨工程大学 2013
[3]立管涡激振动的实验研究与离散涡法数值模拟[D]. 宋吉宁.大连理工大学 2012
[4]多柱体系统静止绕流与涡激振动的试验及数值研究[D]. 高洋洋.中国海洋大学 2011
[5]海洋工程中小尺度物体的相关水动力数值计算[D]. 吕林.大连理工大学 2006
[6]管阵流体弹性不稳定性研究及流体诱发振动数值模拟[D]. 吴一红.清华大学 1991
[7]管阵流体弹性不稳定性研究及随机响应分析[D]. 黄平.清华大学 1989
硕士论文
[1]基于RANS的圆柱涡激振动数值模拟[D]. 杨志斌.天津大学 2016
[2]低雷诺数下圆柱结构系统的流固耦合运动数值分析[D]. 郭晓玲.大连理工大学 2013
[3]考虑流固耦合的大位移柔性立管涡激振动研究[D]. 顾恩凯.中国海洋大学 2012
[4]细长柔性立管涡激振动的实验研究[D]. 张建侨.大连理工大学 2009
本文编号：3518645
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