本文選題：流固耦合　切入點(diǎn)：流體誘導(dǎo)振動(dòng)　出處：《南昌大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：流體誘導(dǎo)振動(dòng)和管壁水擊作用往往是導(dǎo)致?lián)Q熱器流動(dòng)誘導(dǎo)失效的關(guān)鍵因素,而流體誘導(dǎo)振動(dòng)和管壁水擊作用取決于其流固雙向耦合作用。然而管壁近流場(chǎng)突變會(huì)誘發(fā)換熱管的流體誘導(dǎo)振動(dòng),而伴隨流體誘導(dǎo)振動(dòng)產(chǎn)生的管壁邊界振動(dòng)變形運(yùn)動(dòng)又會(huì)促使管壁近流場(chǎng)加速突變,這兩種運(yùn)動(dòng)的相互耦合使得換熱管流固雙向耦合作用動(dòng)力學(xué)行為極為復(fù)雜,而揭示內(nèi)外充液換熱管流體誘導(dǎo)振動(dòng)的雙向流固耦合作用機(jī)理是建立管殼式換熱器流體誘導(dǎo)振動(dòng)失效理論的前提,然而至今內(nèi)外充液換熱管流體誘導(dǎo)振動(dòng)的雙向流固耦合作用的數(shù)值模擬在工程上仍是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn),相關(guān)研究罕見報(bào)道,其雙向流固耦合機(jī)理至今尚未完全弄清。針對(duì)這一工程背景,本文建立了內(nèi)外充液換熱管雙向流固耦合作用的理論模型和數(shù)值模擬方法,研究了內(nèi)外充液換熱管流體誘導(dǎo)振動(dòng)的雙向流固耦合的作用機(jī)理,明晰了其關(guān)鍵調(diào)控參數(shù),為建立換熱器流動(dòng)誘導(dǎo)失效理論奠定了理論基礎(chǔ)。本文主要取得以下成果:(1)針對(duì)內(nèi)外充液換熱管流體誘導(dǎo)振動(dòng)雙向流固耦合作用過程,經(jīng)合理簡(jiǎn)化與假設(shè),并基于任意拉格朗日-歐拉法(Arbitrary Lagrangian Eulerian),建立了描述內(nèi)外充液換熱管流體誘導(dǎo)振動(dòng)雙向流固耦合作用過程的全三維理論模型。(2)空管干法模態(tài)分析和流固耦合濕模態(tài)分析對(duì)比研究表明:兩種模態(tài)分析的固有頻率和模態(tài)振型存在明顯差異,流固耦合濕模態(tài)分析的固有頻率值普遍低于空管干法模態(tài)分析值,二者相差高達(dá)37%至54%,目前國內(nèi)外廣泛采用的傳統(tǒng)空管干法模態(tài)分析不能真實(shí)反映內(nèi)外充液換熱管的流體誘導(dǎo)振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特性和振動(dòng)模態(tài)。(3)首次提出了內(nèi)外充液管固有頻率受控于流體重力作用和流固耦合作用,且隨著流體重力作用和流固耦合作用的增加而降低的機(jī)理科學(xué)假設(shè),并通過流體重力作用和流固耦合作用對(duì)流固耦合模態(tài)分析固有頻率影響規(guī)律的模擬研究,驗(yàn)證了該科學(xué)假設(shè)的正確性。(4)通過數(shù)值模擬研究建立了內(nèi)外充液換熱管流體誘導(dǎo)振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)與關(guān)鍵影響參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系,研究結(jié)果表明其動(dòng)力學(xué)響應(yīng)隨著脈動(dòng)流頻率和振幅的增加而增大,且雙向流固耦合作用下內(nèi)外充液換熱管的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)明顯大于單向流固耦合作用下內(nèi)外充液換熱管。(5)提出了內(nèi)外充液換熱管流體誘導(dǎo)振動(dòng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)受控于流固雙向耦合作用誘發(fā)的壁面水擊壓力,而其水擊壓力主要取決于進(jìn)口流速的突變和管壁邊界振動(dòng)變形運(yùn)動(dòng),且隨著進(jìn)口流速的突變和管壁邊界變形運(yùn)動(dòng)的增大而增大的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)機(jī)理假設(shè)。(6)揭示了內(nèi)外充液換熱管流固雙向耦合作用機(jī)理,研究結(jié)果表明隨著脈動(dòng)流頻率和振幅的增加,進(jìn)口流速的突變?cè)酱?會(huì)誘發(fā)內(nèi)外充液換熱管流體誘導(dǎo)振動(dòng)增強(qiáng),而流體誘導(dǎo)振動(dòng)伴隨的換熱管壁面邊界振動(dòng)變形運(yùn)動(dòng)又會(huì)誘發(fā)雙向流固耦合換熱管近壁速度場(chǎng)的突增,這必然進(jìn)一步使換熱管內(nèi)外液體對(duì)管壁的水擊壓力增大。由于流體的脈動(dòng)流動(dòng)運(yùn)動(dòng)誘發(fā)管壁發(fā)生變形運(yùn)動(dòng),而管壁的變形運(yùn)動(dòng)又會(huì)促使管壁近流場(chǎng)突然加速,正是流體的脈動(dòng)流動(dòng)運(yùn)動(dòng)和管壁邊界振動(dòng)變形運(yùn)動(dòng)的相互耦合作用使得雙向流固耦合換熱管內(nèi)外流體對(duì)管壁的水擊作用隨著脈動(dòng)流頻率和振幅的增加而增強(qiáng)。(7)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)內(nèi)外充液換熱管流體誘導(dǎo)振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的理論前提是建立描述內(nèi)外充液換熱管雙向流固耦合的理論及數(shù)值模擬方法,以真實(shí)反映換熱管壁面邊界振動(dòng)變形運(yùn)動(dòng)對(duì)壁面近流場(chǎng)的反向作用。而目前國內(nèi)外廣泛采用的單向流固耦合方法預(yù)測(cè)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)比雙向流固耦合預(yù)測(cè)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)小2至4.87倍,是不安全的。
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【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ021.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 鄭峗;楊慧;;跨聲速風(fēng)扇的流固耦合的顫振分析(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2011年03期

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1 呂慧;基于流固耦合的飛機(jī)液壓管路動(dòng)力學(xué)分析[D];西安電子科技大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：1696730