基于特征線14方程模型,對(duì)充液管路系統(tǒng)中彎頭處的流固耦合進(jìn)行了建模研究,得出了彎頭處的平衡方程,通過C++軟件開發(fā)管道流固耦合時(shí)域響應(yīng)計(jì)算程序,結(jié)合文獻(xiàn)算例驗(yàn)證了建模的正確性,研究了彎頭對(duì)管道流固耦合振動(dòng)特性的影響。結(jié)果表明,和直管相比,彎接頭的存在能夠降低流固耦合作用中流體壓力和管道所受軸向應(yīng)力脈動(dòng)的峰值;彎頭角度為90°時(shí),彎頭處流體壓力脈動(dòng)以及管道軸向應(yīng)力脈動(dòng)的峰值最小。 

【文章來源】：機(jī)械制造與自動(dòng)化. 2019,48(03)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

彎管模型平面內(nèi)轉(zhuǎn)彎處流固耦合振動(dòng)可表示為:相對(duì)流量:［Af(V－u·z)］1=［Af(V－u·z)］2

?x、y、z方向的運(yùn)動(dòng)速度;θ·x、θ·y、θ·z分別為管道繞y、x、z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度;Af、As分別為管內(nèi)流體和固體管道的橫截面積;β為流體方向改變角度(弧度)，順時(shí)針改變?yōu)檎�，逆時(shí)針為負(fù);下標(biāo)“1”和“2”分別表示進(jìn)口和出口;兩管之間的夾角π－β保持不變;忽略肘部的橢圓化和與之相關(guān)聯(lián)的撓性增加和應(yīng)力增強(qiáng)。當(dāng)彎管尺寸相對(duì)于整個(gè)管道系統(tǒng)尺寸很小時(shí)，可直接利用上述彎管模型直接求解。當(dāng)彎管在管道系統(tǒng)中的尺寸不能忽略時(shí)，可將其簡(jiǎn)化成若干彎管段處理，如圖3所示。即將整個(gè)彎管轉(zhuǎn)換成n個(gè)首尾相連的彎管組成，每個(gè)彎管流體方向改變角度為β/n。圖3彎管處理方法2算例驗(yàn)證本節(jié)結(jié)合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中的算例和本文方法計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，用來驗(yàn)證自編軟件的正確性和存在的缺陷。2．1直管算例的驗(yàn)證取油田注水管道的一段直管作為研究對(duì)象，進(jìn)行流固耦合振動(dòng)分析。該管段一端為蓄水池，水面高度H=20m，管長(zhǎng)L=20m，外徑D外=813mm，管壁厚度e=8mm。管道的材料為鋼，其密度為ρ固=7800kg/m3，彈性模量E=210GPa，泊松比μ=0．3。管道中的液體為水，其密度為ρ液=1000kg/m3，液體體積模量K=2．1GPa，摩擦系數(shù)f=0．02。初始流速為1m/s，閥門后壓強(qiáng)為0Pa，閥門突然關(guān)閉(不考慮閥門關(guān)閉效應(yīng))。另外考慮了閥門緩慢關(guān)閉的情況，閥門關(guān)閉時(shí)間為30ms。圖4為整個(gè)蓄水池—管道—閥門系統(tǒng)示意圖。圖4蓄水池—管道—閥門示意圖使用該模型進(jìn)行流固耦合振動(dòng)計(jì)算，并將結(jié)果與文獻(xiàn)對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖5、圖6所示。圖4中選取的測(cè)量點(diǎn)為管末端?

GPa，泊松比μ=0．3。管道中的液體為水，其密度為ρ液=1000kg/m3，液體體積模量K=2．1GPa，摩擦系數(shù)f=0．02。初始流速為1m/s，閥門后壓強(qiáng)為0Pa，閥門突然關(guān)閉(不考慮閥門關(guān)閉效應(yīng))。另外考慮了閥門緩慢關(guān)閉的情況，閥門關(guān)閉時(shí)間為30ms。圖4為整個(gè)蓄水池—管道—閥門系統(tǒng)示意圖。圖4蓄水池—管道—閥門示意圖使用該模型進(jìn)行流固耦合振動(dòng)計(jì)算，并將結(jié)果與文獻(xiàn)對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖5、圖6所示。圖4中選取的測(cè)量點(diǎn)為管末端閥門處。圖5為瞬間關(guān)閉閥門時(shí)液體壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化規(guī)律，圖6為閥門關(guān)閉時(shí)間為30ms時(shí)壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化規(guī)律。其中曲線1為程序計(jì)算結(jié)果，曲線2為文獻(xiàn)［6］結(jié)果。通過對(duì)比管內(nèi)流體壓強(qiáng)的計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)［6］的結(jié)果，幅值、周期以及變化趨勢(shì)都吻合得非常好。驗(yàn)證了自編軟件的正確性。圖5閥門瞬間關(guān)閉時(shí)閥門處流體壓強(qiáng)的變化對(duì)比·121·

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3515751