流体诱导管束振动研究

摘要

流体诱导管束振动是流致振动的一种重要形式，广泛存在于换热器，冷凝器，蒸汽发生器，海洋钻井平台，海岸桩基，桥梁基座等管式结构中。流体诱导管束振动产生的机理包含四种：湍流抖振，声共鸣，流体弹性不稳定和漩涡脱落诱导振动。其中，流体弹性不稳定和漩涡脱落诱导振动最为重要。本论文采用实验研究与数值模拟方法对流体弹性不稳定和漩涡脱落诱导振动进行了深入研究。研究对象包括多种排列方式的管束，单管和串联双管。
　　通过实验研究，获得管束的排列形式、对比质量、固有频率等物理量对其在流场中的振幅、自功率谱密度函数图、振动频率和附加质量系数等行为特性的影响。通过实验研究可以得出以下结论：管束的位置会影响其流体弹性不稳定临界流速；管束对比质量越大，其流体弹性不稳定临界流速一般也越大；平行三角形管束的流体弹性不稳定临界流速大于正方形管束的流体弹性不稳定临界流速；在“流速减小”的情况下，对比质量大的管束能够在更宽的流速范围内保持“流体弹性不稳定”状态，平行三角形管束比正方形管束能够在更宽的流速范围内保持“流体弹性不稳定”状态，振幅的“滞后现象”均出现在关于“流体弹性不稳定”的实验和关于“漩涡脱落诱导振动”的实验中；无论在“流体弹性不稳定”实验中还是在“漩涡脱落诱导振动”实验中，管束在升力方向上的振动振幅明显大于其在曳力方向上的振动振幅。
　　通过数值模拟单管和串联双管的漩涡脱落诱导振动，从而更多了解管束的综合特性。数值模拟的结果表明：串联双管下游小直径管比单管能够在更大的流速范围内保持大振幅振动；在串联双管中，上游大直径固定管的升力信号为清晰的单频率信号，而位于下游的小直径可动管的升力信号则为多频率混杂的信号。
　　本论文的成果丰富了流体诱导管束振动研究内容，为管式设备的设计与操作提供理论依据。

目录

声明

第1章 前言

1.1背景

1.2漩涡脱落诱导振动研究进展

1.3流体弹性不稳定研究进展

1.4研究目的及内容

第2章 管束流体弹性不稳定实验研究

2.1实验设计

2.2实验方法

2.3流体弹性不稳定分析

2.4本章小结

第3章 管束漩涡脱落诱导振动实验研究

3.1振幅

3.2自功率谱密度函数

3.3振动频率

3.4本章小结

第4章 漩涡脱落诱导振动数值模拟研究

4.1单管漩涡脱落诱导振动数值模拟

4.2串联双管的漩涡脱落诱导振动

4.3本章小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2创新点

5.3展望

参考文献

附录

附录A

附录B

附录C

发表论文和参加科研情况说明

致谢