气固耦合管路振动机理研究

发布时间：2017-05-24 15:09

  本文关键词：气固耦合管路振动机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：天然气相比于煤炭和石油,对空气污染影响较小,属于低碳、低排、环保的能源。而且天然气比煤炭和石油的热值和热效率都要高。扩大天然气在能源消费中的占比,是我国实现节能减排和治理空气污染的重要手段。近年来我国页岩气和天然气开采过程中,管路故障频发,对气固耦合管路振动机理的研究,对我能源安全具有重要的能源战略意义。本文以气固耦合管路为研究对象,建立了气固耦合管路动力学模型和振动数学模型,利用有限元软件ADINA数值仿真平台对空直管和气固耦合管路进行了仿真分析,通过实验验证了仿真分析的合理性和可信性。具体研究内容体如下:对管路振动的数学模型进行了推导,首先建立了空直管模态分析数学模型,推导了气固耦合管路振动模态分析数学模型。空直管模态分析数学模型采用瑞利里兹能量法,气固耦合管路振动模态分析数学模型采用了流体输送管道的自由振动运动方程。应用ADINA有限元仿真软件平台对管路进行模态分析。首先进行了空直管模态分析,得到了不同管长、不同管径对空直管固有特性的影响;其次进行了气固耦合管路模态分析,得到了不同管长、不同管径、不同压力对气固耦合管路固有特性的影响。通过仿真分析得到了管长、管径和压力对管路固有特性的影响规律。搭建气固耦合管路振动测试实验台,完成了空直管和气固耦合管路锤击实验和气固耦合管路响应实验。验证了不同管长、不同管径对空直管固有特性的影响规律;对于气固耦合管路,验证了不同管长、不同管径、不同压力对气固耦合管路固有特性的影响规律。同时得到了不同气源压力、不同管长、不同管径条件下气固耦合管路频率响应特性及规律。
【关键词】：气固耦合管路 固有频率 振型 锤击实验 频率响应
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE931.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景10
• 1.2 管路振动研究现状10-12
• 1.3 流固耦合研究现状12-14
• 1.4 流固耦合管路振动数学建模方法研究现状14-17
• 1.5 气固耦合管路振动研究现状17
• 1.6 课题研究意义及课题来源17-18
• 1.7 本文的主要研究内容18-19
• 第2章 气固耦合管路振动数学模型19-28
• 2.1 引言19
• 2.2 气固耦合管路动力学模型19-23
• 2.2.1 气固耦合管路轴向流数学模型20-23
• 2.3 瑞利-里兹能量法23-24
• 2.3.1 瑞利-里兹能量法模型23-24
• 2.3.2 瑞利-里兹能量法求解24
• 2.4 气固耦合管路振动模型24-26
• 2.5 本章小结26-28
• 第3章 管路振动模态分析28-56
• 3.1 引言28
• 3.2 ADINA有限元仿真软件平台简介28-29
• 3.3 空直管和气固耦合管路仿真模型的建立29-31
• 3.3.1 空直管仿真模型的建立29-30
• 3.3.2 气固耦合管路仿真模型建立30-31
• 3.4 空直管模态分析31-38
• 3.4.1 管长对空直管固有频率的影响31-33
• 3.4.2 管径对空直管固有频率的影响33-34
• 3.4.3 空直管振型分析34-38
• 3.5 气固耦合管路模态分析38-55
• 3.5.1 气体压力对流固耦合管路固有特性的影响38-44
• 3.5.2 管长对气固耦合管固有特性的影响44-48
• 3.5.3 不同管径对气固耦合管路固有特性影响48-50
• 3.5.4 气固耦合管路振型分析50-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第4章 气固耦合管路实验研究56-74
• 4.1 引言56
• 4.2 试验台介绍56-58
• 4.3 空直管锤击实验58-61
• 4.4 气固耦合管路锤击实验61-70
• 4.5 气固耦合管振动路响应70-73
• 4.6 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果80-82
• 致谢82

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