本文關(guān)鍵詞：往復(fù)壓縮機管道氣柱固有頻率有限元數(shù)值計算及聲學(xué)實驗分析

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【摘要】：本文主要研究了氣柱固有頻率對壓縮機管道系統(tǒng)振動的影響，同時討論分析了各種不同管道結(jié)構(gòu)對氣柱固有頻率的影響。根據(jù)經(jīng)典的聲學(xué)波動理論，推導(dǎo)出氣柱固有頻率的有限元剛度矩陣方程，，采用模態(tài)分析法對管道氣柱固有頻率進行數(shù)值計算與分析。與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移矩陣法相比，模態(tài)分析法不僅計算模型直觀，建模快捷，而且避免了傳統(tǒng)計算方法的漏根現(xiàn)象。然后在數(shù)值計算的基礎(chǔ)上，通過管道的聲學(xué)模擬實驗，對計算結(jié)果進行了驗證。 本文所提出的氣柱固有頻率模態(tài)分析法，是使用有限元軟件的聲學(xué)模態(tài)分析法。該方法根據(jù)經(jīng)典的聲學(xué)波動方程建立有限元方程推導(dǎo)而得來，通過有限元軟件建立不同的管道氣柱聲學(xué)模型，加上適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件，應(yīng)用非對稱法對所建模型進行聲學(xué)模態(tài)分析，并得出氣柱的固有頻率。運用這種方法能夠準(zhǔn)確、快速的計算出任何形狀的壓縮機管道系統(tǒng)。 聲學(xué)模擬實驗是運用聲波傳播原理來模擬壓縮機管道中氣柱的共振，通過實驗的方法直接測出管道氣柱的固有頻率。在實驗系統(tǒng)中，用不同大小的聲學(xué)信號來激發(fā)實驗管道中的空氣，當(dāng)兩者頻率重合時就發(fā)生共振現(xiàn)象，通過測量此時的聲學(xué)信號頻率大小得出氣柱固有頻率值。這種實驗方法其原理和過程都非常貼近真實的管道共振，并且能夠應(yīng)用于任何形狀的壓縮機管道系統(tǒng)，因此得出的結(jié)果準(zhǔn)確、可信。 本文在建立壓縮機管道系統(tǒng)氣柱固有頻率模擬方法的基礎(chǔ)上，運用數(shù)值計算與實驗?zāi)M研究了壓縮機管道元件對氣柱固有頻率的影響，分析了管道的長度、閥門的開啟度等對各階氣柱固有頻率密集性的影響，在相同的條件下出現(xiàn)共振的可能性；而具有支管、彎管的復(fù)雜壓縮機管道系統(tǒng)由于受到各種不同管道元件的共同影響，其氣柱固有頻率出現(xiàn)了不規(guī)律的變化。這對減少壓縮機管道在工作時的振動會造成不利的影響， 通過本文的研究，驗證了有限元數(shù)值計算氣柱固有頻率的結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，同時還得出來各種管道結(jié)構(gòu)對氣柱固有頻率的影響，直管道長度越長，越容易出現(xiàn)共振，彎管角度越大，越容易共振，閥門關(guān)閉程度越大，越容易共振。這些分析結(jié)果為壓縮機管道系統(tǒng)設(shè)計中，如何避開共振區(qū)域提供了計算模擬方法和實驗依據(jù)，從而提供高了管道系統(tǒng)的安全性和可靠性。
【關(guān)鍵詞】：管道振動 氣柱固有頻率 數(shù)值計算 聲學(xué)模擬
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH45
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目錄6-9
• 1 緒論9-14
• 1.1 本論文的研究背景9
• 1.2 研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 理論研究10-12
• 1.2.2 實驗研究12
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容12-14
• 2 壓縮機管道氣柱固有頻率的基本理論14-25
• 2.1 壓縮機管道氣柱平面波動理論14-18
• 2.1.1 連續(xù)方程14-15
• 2.1.2 運動方程15
• 2.1.3 波動方程15-18
• 2.2 流體力學(xué)的控制方程18-20
• 2.2.1 質(zhì)量守恒方程18
• 2.2.2 動量守恒方程（Navier-Stokes 方程）18-19
• 2.2.3 能量守恒方程19-20
• 2.2.4 控制方程20
• 2.3 轉(zhuǎn)移矩陣法20-24
• 2.3.1 簡單管道氣柱固有頻率的計算20-22
• 2.3.2 復(fù)雜管道氣柱固有頻率的計算22-24
• 2.4 小結(jié)24-25
• 3 聲學(xué)數(shù)值計算法25-32
• 3.1 氣柱固有頻率有限元方程的建立25-26
• 3.2 三種邊界條件及處理26-28
• 3.2.1 全滲透表面26-27
• 3.2.2 反射表面27
• 3.2.3 不滲透并且有小振幅振動的表面27-28
• 3.3 有限元數(shù)值計算法的建立28-31
• 3.3.1 ANSYS 的模態(tài)分析簡介28
• 3.3.2 ANSYS 的運算流程28-29
• 3.3.3 管道氣柱固有頻率數(shù)值模擬分析的操作步驟及參數(shù)設(shè)置29-31
• 3.4 小結(jié)31-32
• 4 壓縮機管道的氣柱固有頻率數(shù)值計算與分析32-61
• 4.1 網(wǎng)格密度的確定32-33
• 4.1.1 不同網(wǎng)格密度的計算32-33
• 4.1.2 三種網(wǎng)格密度的比較33
• 4.2 直管道氣柱固有頻率分析33-39
• 4.2.1 長度為 1m 的直管道34-36
• 4.2.2 長度為 0.6m 的直管道36-37
• 4.2.3 長度為 0.4m 的直管道37
• 4.2.4 壓縮機直管道氣柱固有頻率分析37-39
• 4.3 彎管氣柱固有頻率分析39-45
• 4.3.1 直角彎管固有頻率分析39-42
• 4.3.2 不同角度彎管固有頻率分析42-45
• 4.4 帶有緩沖罐的直管氣柱固有頻率分析45-54
• 4.4.1 緩沖罐位置對氣柱固有頻率的影響45-50
• 4.4.2 緩沖罐管徑大小對氣柱固有頻率的影響50-54
• 4.5 復(fù)雜管道氣柱固有頻率分析54-57
• 4.5.1 復(fù)雜管道系統(tǒng)模型的建立54-55
• 4.5.2 復(fù)雜管道系統(tǒng)氣柱固有頻率分析55-57
• 4.6 壓縮機管道系統(tǒng)中閥門的影響57-60
• 4.6.1 開啟程度為 20%的閥門管道模型的建立58
• 4.6.2 不同開啟程度的閥門管道氣柱固有頻率分析58-60
• 4.7 本章小結(jié)60-61
• 5 壓縮機管道系統(tǒng)氣柱固有頻率的聲學(xué)實驗研究61-77
• 5.1 實驗原理及方法61-63
• 5.2 壓縮機管道聲學(xué)模擬實驗分析63-76
• 5.2.1 直管道實驗分析63-68
• 5.2.2 復(fù)雜管道聲學(xué)模擬實驗分析68-70
• 5.2.3 閥門管道聲學(xué)模擬實驗分析70-76
• 5.3 本章小結(jié)76-77
• 6 結(jié)論與展望77-79
• 6.1 結(jié)論77-78
• 6.2 展望78-79
• 致謝79-80
• 參考文獻80-82
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果82

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 王勇;人白;;世界石化工業(yè)100起特大財產(chǎn)毀損事件(續(xù))[J];石油規(guī)劃設(shè)計;1992年03期

2 姜文全;楊帆;王茂廷;王蓮;;基于ANSYS的往復(fù)式壓縮機管系氣柱固有頻率計算[J];壓縮機技術(shù);2008年06期

本文編號：862071