输气管道振动耦合特性分析与控制

摘要

随着我国工业化的发展，环境污染日益加剧，清洁能源的使用会越来越受到重视。天然气相比于煤炭和石油，具有使用安全、热值高、洁净等优势。在更加注重环保的今天，煤的使用大幅减少，天然气就成了重要的能源物质。目前在页岩气和天然气的开采和运输过程中出现了大量的管线振动问题，使得管线损坏，气体泄漏，造成巨大的经济损失，所以对输气管道气固耦合振动问题的研究很有必要。 本文采用有限元法和有限体积法，利用广泛研究流固耦合振动分析的 ANSYS Workbench有限元仿真平台，以气固耦合管路为研究对象，建立了弯管气固耦合管路动力学模型和气固耦合振动模型，对空管和气固耦合管路进行仿真分析，并得到相应的振动特性。 首先对弯管气固耦合振动的数学模型进行了推导，建立了弯管的动力学模型，利用瑞利里兹能量法求解了空管的模态分析数学模型，采用输流管道的自由振动运动方程建立了气固耦合管路振动的方程。接着应用ANSYS Workbench有限元仿真平台对管路进行模态分析，选取折弯式管路，研究不同壁厚、不同支撑下空管和气固耦合管路的固有频率和振型。结果表明随着壁厚的增加，折弯式空管的固有频率增加，振型减小；支撑的约束越多，折弯式管路的固有频率越高，振型的变化的周期变短，且振型也在增加。气固耦合作用会使折弯式管路的固有频率增大，振型也增大，但当壁厚较小时，折弯式气固耦合管路的低阶固有频率要小于同阶折弯式空管的低阶固有频率。最后研究了不同弯头角度下，空弯头和气固耦合弯头的固有频率和振型，结果表明随着弯头角度的增加，固有频率和振型的变化不明显，只在高阶出现比较大的变化。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外现状

1.3 本文的主要研究内容

第二章 输气管道气固耦合振动数学模型

2.1 气固耦合动力学数学模型

2.2 瑞利里兹能量法

2.3 气固耦合振动模型

2.4 本章小结

第三章ANSYS Workbench流固耦合分析

3.1 流固耦合理论基础

3.2基于ANSYS Workbench管路系统流固耦合分析步骤

3.3 本章小结

第四章 折弯式输气管路气固耦合振动特性分析及振动控制

4.1 结构动力学分析

4.2 模型的选择

4.3 折弯式气固耦合管路振动求解

4.4 折弯式空管模态分析

4.5 折弯式气固耦合管路振动特性分析

4.6 折弯式输气管路气固耦合振动控制的研究

4.7 本章小结

第五章 不同角度弯头气固耦合管路振动特性

5.1 不同角度弯头管路模型的建立

5.2 不同角度弯头气固耦合管路模态分析

5.3 不同弯头气固耦合振型变化

5.4 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加科研情况及获得的学术成果