管路系統(tǒng)流固耦合動力學(xué)計算及特性分析.pdf

1、流固耦合振動是輸流管路系統(tǒng)使用過程必然存在的物理現(xiàn)象，在一些特定條件下，考慮管路系統(tǒng)的流固耦合作用，對于管壁結(jié)構(gòu)振動的精確計算，管內(nèi)流體壓力波響應(yīng)特性的準(zhǔn)確分析和管道支撐以及管路系統(tǒng)的安全性設(shè)計尤為重要，可以說管路流固耦合動力學(xué)計算及其特性的研究是管路系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的一個重要內(nèi)容，也是船舶與海洋工程、石油能源工業(yè)、核能電力系統(tǒng)等與輸流管路密切相關(guān)領(lǐng)域的一個熱點問題。
　　本文首先詳細(xì)地綜述了管路系統(tǒng)流固耦合計算和分析領(lǐng)域內(nèi)的國內(nèi)外研

2、究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，分析了當(dāng)前研究中存在的問題，主要開展了如下內(nèi)容的研究：
　　一、考慮管路壁面的徑向應(yīng)力、應(yīng)變，流體壓力、流速以及重力等因素的影響，改進(jìn)并完善了典型管路元件的流固耦合14方程數(shù)理模型，新模型不僅可用于常溫、常壓的輸水管路的動力學(xué)計算，也可用于高壓、高流速的厚壁動力管路的固有特性及動態(tài)響應(yīng)的預(yù)報，使得新數(shù)理模型更具普適性。
　　二、基于分支點處的連續(xù)條件和平衡關(guān)系，推導(dǎo)了可用于復(fù)雜一點分支管路（三通管，十字型分

3、支等）和多點分支管路（沿管路系統(tǒng)有多個分支點）的吸收傳遞矩陣程式化形式，將分支管路的作用通過吸收點傳遞矩陣的形式整合到主管路系統(tǒng)的傳遞矩陣中，克服了管路系統(tǒng)總體系數(shù)矩陣的維數(shù)和形式受制于分支管路形狀、數(shù)目的問題，具有較高的計算效率和靈活性。
　　三、建立了管路系統(tǒng)無量綱流固耦合數(shù)理模型，用以研究傳遞矩陣方法在管路系統(tǒng)流固耦合分析時的計算精度，歸納得到了傳遞矩陣方法出現(xiàn)計算結(jié)果不穩(wěn)定的臨界判定條件，并提出通過管路分段計算的方法，解決

4、了計算不穩(wěn)定的問題。
　　四、探索性地建立了管壁振動與流體壓力脈動間的傳遞與轉(zhuǎn)換關(guān)系式，可用于壓力管道中閥門管內(nèi)噪聲的無損傷測量，并通過實驗，驗證了其可行性。該預(yù)測方法測量和計算過程簡單，且具有較高的預(yù)測精度，尤其是在1/3倍頻程分析和總噪聲級預(yù)測時可靠度更高。
　　五、建立了管道常見附件如變徑管、集中質(zhì)量的傳遞矩陣，并提出了撓性接管和閥門等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的流固耦合模型的理論結(jié)合試驗的建模方法；建立了可用于模擬管道及流體復(fù)雜邊界條