垂直微結(jié)構(gòu)湍流剖面儀流致振動分析

1、 垂直微結(jié)構(gòu)湍流剖面儀 垂直微結(jié)構(gòu)湍流剖面儀 流致振動分析 流致振動分析 The Flow-induced Vibration Analysis of Microstructure Turbulence profiler 學(xué)科專業(yè)：機(jī)械工程 研 究 生：蘭世泉 指導(dǎo)老師：劉玉紅 副教授 天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 二零一二年十一月 摘 要 海洋剪切流數(shù)據(jù)是研究海洋宏觀運(yùn)動規(guī)律和動能耗散率的重要原始資料，對建立海洋物理模型進(jìn)而研究海洋宏觀運(yùn)

2、動有重要意義。自由下落式微結(jié)構(gòu)湍流剖面儀（垂直剖面儀）是目前獲取海水剪切流數(shù)據(jù)最普遍和最有效的測量平臺，在世界各國引起了普遍關(guān)注。垂直剖面儀的流致振動是由其工作方式引起的不可避免的現(xiàn)象，流致振動決定著剖面儀流速剪切譜的修正及湍動能耗散率的測量下限，制約著垂直剖面儀的測量精度，是垂直剖面儀（尤其是深海剖面儀）在設(shè)計與使用時必須考慮的問題。 目前，對剖面儀流致振動的研究主要是通過水域試驗(yàn)來進(jìn)行，即在剖面儀使用過程中通過分析剖面儀攜帶的加速度

3、傳感器測得的加速度信號獲得剖面儀的流致振動情況。然而進(jìn)行水域試驗(yàn)首先需要制造出剖面儀樣機(jī)，會耗費(fèi)大量的時間及人力、物力和財力。為解決這一困境，本文致力于尋找一種方便、快捷、有效的方法來計算剖面儀的流致振動，研究影響剖面儀流致振動的因素及影響規(guī)律，為海洋微結(jié)構(gòu)湍流剖面儀的設(shè)計提供理論指導(dǎo)。本文研究獲得如下成果： （1） 將剛體轉(zhuǎn)動動力學(xué)與流體力學(xué)理論相結(jié)合， 推導(dǎo)了垂直剖面儀在水中自由下降時流致振動的轉(zhuǎn)軸位置，為剖面儀流致振動的準(zhǔn)確估算奠

4、定了基礎(chǔ)。 （2）以實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的垂直剖面儀為研究對象，基于 ansys Workbench數(shù)值仿真平臺， 通過對 UDF 功能的成功開發(fā)， 構(gòu)建了計算垂直微結(jié)構(gòu)剖面儀流致振動的流固耦合數(shù)值模型。利用該流固耦合數(shù)值模型，可得到剖面儀下降過程中流致振動的速度與位移，進(jìn)而可計算出流致振動的頻率與加速度，并通過水域試驗(yàn)驗(yàn)證了該數(shù)值模型計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。 （3）運(yùn)用提出的流固耦合數(shù)值計算方法，研究了剖面儀的轉(zhuǎn)動慣量、重浮心之間的相對位置及剖面