论文部分内容阅读
在输流管道系统中,管道壁的结构振动、流体的压力脉动等系统的流固耦合振动会产生噪声污染、管道的零部件脱落,甚至会发生管道的泄漏与破坏。研究管道在流固耦合作用下的振动特性,可为管道系统的设计安全提供重要参考。本文对变截面直管及三通管在流固耦合作用下的振动特性进行了计算分析,具体研究内容和结果如下:(1)对输流管道的流固耦合的振动机理、振动分析模型和振动分析方法进行了具体的概括。详细地阐述了有限元分析的具体概念,并具体研究了线性结构分析理论、动力学分析理论、流体分析理论,概述了管道流固耦合问题在ANSYS Workbench及CFX软件上的数值分析流程,并详尽地讨论了各个方法在本文中的应用。(2)建立了渐变截面直管与突变截面直管的模型,利用有限元分析软件ANSYS Workbench进行数值模拟,计算得到两种变截面直管的各阶固有频率及振型图,分析其在经变截面后右管外径、入水口压强、入水口流速和管道壁厚等因素对管道固有频率的影响。结果表明:同阶次固有频率中渐变截面直管比突变截面直管略高;在所研究的右管外径、入水口压强、入水口流速和管道壁厚的范围内,两种变截面直管的固有频率随着右管外径的减小而降低,随着入水口压强和入水口流速的增加而升高,随着管道壁厚的增加而降低;在右段管道外径、入水口压强、入水口流速和壁厚变化条件下,突变截面直管的固有频率变化的幅度比渐变截面直管更大,更容易受到这些因素的影响。(3)建立了双进单出三通管和单进双出三通管的模型,利用ANSYS Workbench进行数值模拟,计算得到两种流体流动方式下三通管的各阶固有频率及振型图,分析其在入水口压强、入水口流速和管道壁厚等因素对管道固有频率的影响。结果表明:同阶次固有频率中双进单出三通管比单进双出三通管略高;在所研究的入水口压强、入水口流速和管道壁厚的范围内,两种流体流动方式下的三通管的固有频率随着入水口压强和入水口流速的增加而升高;随着管道壁厚增加,两种流体流动方式下的三通管的固有频率,在前三阶明显降低,第4~6阶先升后降;在入水口压强和入水口流速变化条件下,双进单出三通管的固有频率比单进双出三通管更容易受到入水口压强变化带来的影响,但是均不容易受到入水口流速的影响;在壁厚变化条件下,双进单出三通管的前三阶固有频率、单进双出三通管的后三阶固有频率变化的幅度更大,更容易受到壁厚变化带来的影响。