基于有限元方法的管道流致振动研究

发布时间：2025-02-15 09:53

　　管道系统涉及到生产生活的各个领域,其动力学问题可能直接影响整个工程系统的安全性,因此具有重要的研究意义和价值,需要进行深入分析和研究。本文基于ANSYS Workbench与CFX有限元分析软件,利用双向流固耦合方法,分别建立了较大雷诺数环境中横向流作用下的单管和三管有限元分析模型,计算了在不同来流速度下系统的响应,对相应结果进行了分析。首先,基于工程实例,总结了横向流作用下管道系统稳定性的分析方法及失稳机理。介绍了双向流固耦合技术,以及几种常用的湍流模型。以横向流作用下的单管为例,分析了不同湍流模型的适用性和精度,最终确定采用LES大涡模型进行后续计算。其次,讨论了流场区域尺寸的选取、网格的划分方式及计算时间步长的设置。基于前面讨论选取的湍流模型、流场尺寸、网格模型及时间步长等参数,对单管模型进行了数值计算。通过改变来流速度,计算得到了相应的系统响应。分析发现,当来流速度超过临界流速时,管的运动轨迹呈“8”字型振荡,且流场也具有周期性。进一步,对升阻力频谱图分析发现,其主频与结构固有频率接近时,结构响应幅值最大,即所谓的“锁频”现象。最后,计算分析了并列三管的流弹稳定性问题,讨论了管间...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图 9 面上基金资助率随申请人年龄的分布

图9是申请人出生年份与资助率变化图。可以发现，1960～1969、1970～1979和1980～19893个年龄段的获资助项目总量分别为10、29和54,而对应的资助率分别为20.00%、21.01%和18.75%,进一步显示80后青年科学家具有较为丰富的基金申请书撰写经验。....

图１－１管束系统??｜５１

航天及火电等生产领域也随之快速发展，这些领域中存在大量的管道设备。随着现代??新工艺、新技术、新材料的不断开发，大规模生产的普遍化，管道在例如航空航天，??海洋科学，核电反应堆，土木工程等众多领域中广泛应用，管束系统如图１－１所示。??然而由于管道内外受到不同形式的压力变化，常常....

图２－２?ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ分析模型??

Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中，通过建立流固耦合分析系统即可较为简便地完成对管道的双向流??固耦合模拟。Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中，可以通过拖拽建立多个分析项目，各个项目之间可以建??立联系对同一模型进行不同类别的分析，如图２－２所示。??

图３－１湍流数值模型??在涡足够小时，用一个普适模型来对其进行近似理论上说是可行的

其对计算机水平等要求非常高，这就限制了?ＤＮＳ法对各种复杂模型的直接求解。因此，??人们提出不同的湍流计算模型以应对工程实际中的需要，如雷诺平均Ｎ－Ｓ模型（ＲＡＮＳ），??大涡模拟模型（ＬＥＳ）等，如图３－１所示。??为了准确且便捷地描述湍流运动，人们不断寻求更加有效统一的湍流模....

本文编号：4034120