输流管道动力学问题的数值计算研究

发布时间：2017-07-20 19:25

  本文关键词：输流管道动力学问题的数值计算研究

  更多相关文章： 流固耦合 输流管道 特征线法 传递矩阵法 失稳 颤振

【摘要】：本文介绍了输流管道扩展水锤模型以及基于Timoshenko梁所建立的管道横向振动模型所构成的流固耦合方程模型。分别通过Newton法以及Hamilton原理得到了考虑流体科氏力以及离心力的输流管道流固耦合横向振动的模型。介绍了瞬态动力学分析软件Dytran在求解流固耦合问题时基本概念以及常用命令。利用特征线法求解了一个储液箱管道阀门系统的动力学响应。通过与经典水锤的方程得到的响应结果的对比,讨论了泊松耦合以及连接耦合对系统响应的作用。利用拉普拉斯传递矩阵法分析了一段在两种边界条件下弯管的动力学响应,研究了边界条件对流固耦合响应的影响。利用谱元法求解了一段两端简支的输流管道横向振动的固有频率。也求解了在流速达到失稳和颤振时同一段管道的频域和时域响应。利用Galerking法求解了两端简支管道的固有频率随流速的变化。同时也给出了一根两端固支管道的临界流速与质量比的关系。通过Bolotin法确定了一段简支输流管道系统发生参激共振的参数区域。讨论了质量比以及流体速度对这个区域的影响。
【关键词】：流固耦合 输流管道 特征线法 传递矩阵法 失稳 颤振
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O35
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 引言12-13
• 1.2 国内外发展现状13-17
• 1.2.1 流固耦合时域理论发展及实验论证13-14
• 1.2.2 流固耦合频域理论发展及实验论证14-15
• 1.2.3 流固耦合理论的数值算法15-16
• 1.2.4 工程中的应用16
• 1.2.5 流固耦合的扩展性研究16-17
• 1.3 本文研究内容和章节安排17-19
• 第二章 输流管道动力学模型19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 水锤模型19-21
• 2.2.1 经典的水锤方程模型19
• 2.2.2 扩展性水锤方程19-20
• 2.2.3 管道的横向振动方程20-21
• 2.2.4 输流管道模型的扭转振动方程21
• 2.3 Newton法21-24
• 2.4 Hamilton原理24-27
• 2.5 常用数值方法27-29
• 2.5.1 Galerking法27-28
• 2.5.2 有限元法28-29
• 2.6 瞬态流固耦合动力学分析软件Dytran理论基础29-35
• 2.6.1 显式算法与隐式算法29-30
• 2.6.2 求解器30-31
• 2.6.3 两种耦合算法31
• 2.6.4 基本概念31-33
• 2.6.5 常用命令33-35
• 2.7 本章小结35-36
• 第三章 输流管道时域数值解法36-45
• 3.1 引言36
• 3.2 流固耦合动力学模型36-38
• 3.3 时域数值解法38-42
• 3.3.1 特征线有限元法38-40
• 3.3.2 特征线法（MOC）40-42
• 3.4 数值算例42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 输流管道频域数值解法45-56
• 4.1 引言45
• 4.2 传递矩阵法理论基础45-47
• 4.3 弯管部分的建模47-48
• 4.4 算例48-55
• 4.4.1 直管在阶跃载荷下的轴向动响应48-50
• 4.4.2 储液箱输流管道阀门系统的动响应分析50-51
• 4.4.3 L型输液管道的动响应分析51-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 输流管道横向动力学特性研究56-76
• 5.1 引言56
• 5.2 谱元法在输流管道横向运动方程的应用56-61
• 5.2.1 谱元法的基本理论56-57
• 5.2.2 无量纲的输流管道横向运动方程57-59
• 5.2.3 外力响应计算59-60
• 5.2.4 不同支撑边界条件的处理60-61
• 5.3 液体的科里奥离力与离心力对固有频率的影响61-64
• 5.3.1 离心力的影响61-62
• 5.3.2 科氏力对固有频率的影响62-63
• 5.3.3 管道轴向力的对液体固有频率影响63-64
• 5.4 数值算例64-67
• 5.4.1 固有频率分析64-65
• 5.4.2 动响应计算65-67
• 5.5 临界流速67-72
• 5.5.1 失稳和发散的概念67-68
• 5.5.2 简支与固支边界条件下理论临界流速68-70
• 5.5.3 两端固支的输流管道的临界流速随质量比的变化70-71
• 5.5.4 对于发生失稳和颤振机制的能量解释71-72
• 5.6 参激振动72-75
• 5.6.1 Bolotin法72-74
• 5.6.2 参激振动区域74-75
• 5.7 本章小结75-76
• 第六章 全文工作总结与展望76-78
• 6.1 本文的主要工作与贡献76
• 6.2 未来工作展望76-78
• 参考文献78-81
• 致谢81-82
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文82

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本文编号：569644