管路系統(tǒng)流固耦合動(dòng)力學(xué)計(jì)算及特性分析.pdf

1、流固耦合振動(dòng)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(duì)于管壁結(jié)構(gòu)振動(dòng)的精確計(jì)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(jì)尤為重要，可以說管路流固耦合動(dòng)力學(xué)計(jì)算及其特性的研究是管路系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)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(gè)熱點(diǎn)問題。
　　本文首先詳細(xì)地綜述了管路系統(tǒng)流固耦合計(jì)算和分析領(lǐng)域內(nèi)的國(guó)內(nèi)外研

2、究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，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(dòng)力學(xué)計(jì)算，也可用于高壓、高流速的厚壁動(dòng)力管路的固有特性及動(dòng)態(tài)響應(yīng)的預(yù)報(bào)，使得新數(shù)理模型更具普適性。
　　二、基于分支點(diǎn)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(diǎn)分支管路（三通管，十字型分

3、支等）和多點(diǎn)分支管路（沿管路系統(tǒng)有多個(gè)分支點(diǎn)）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(diǎn)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(jì)算效率和靈活性。
　　三、建立了管路系統(tǒng)無(wú)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(shí)的計(jì)算精度，歸納得到了傳遞矩陣方法出現(xiàn)計(jì)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(jì)算的方法，解決

4、了計(jì)算不穩(wěn)定的問題。
　　四、探索性地建立了管壁振動(dòng)與流體壓力脈動(dòng)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(wú)損傷測(cè)量，并通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了其可行性。該預(yù)測(cè)方法測(cè)量和計(jì)算過程簡(jiǎn)單，且具有較高的預(yù)測(cè)精度，尤其是在1/3倍頻程分析和總噪聲級(jí)預(yù)測(cè)時(shí)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(yàn)的建模方法；建立了可用于模擬管道及流體復(fù)雜邊界條