汇流旋涡抽吸流固耦合建模方法与振动特性研究

摘要

汇流旋涡形成过程中有抽吸现象发生,是一个复杂的多相耦合动力学问题,其中所涉及的非线性冲击振动特性研究,具有重要的科研价值与工程意义.针对此问题,以薄壳壁面为研究对象,确定其流-固耦合边界限定条件,建立面向旋涡冲击振动的流固耦合动力学模型,得到了汇流旋涡对薄壳壁面的振动冲击特性.数值计算结果表明:在汇流旋涡贯穿排流口之前,各频率信号较弱且平稳;当汇流旋涡贯穿排流口的临界状态下,两相耦合出现的压力震荡现象使各频率信号均增强,其中部分高频信号最为明显.基于流体流动相似原则,搭建了旋涡冲击振动检测实验平台,完成了流-固耦合冲击振动检测实验,验证了本文所提出建模及求解方法的正确性.上述成果可为振动式排流检测方法提供直接技术支持,也可为冶金、化工、水利等领域的工程应用系统研发提供有益参考.