错列距离对被动控制双柱体流致振动特性的影响

针对双柱体这种极具代表性的多柱体结构,采用数值方法研究错列距离改变引起的双柱体流致振动特性的变化,分析间隙流与振动响应之间的相互影响关系。结果显示:错列双柱体的振动模态存在周期振动、双周期振动、多周期振动和拟周期振动等多种模态。上游柱体振幅受间距比的影响很小,间距比变化时,最大振动幅值均在约化速度U^*=6时取得。对于下游柱体,振动幅值随间距比大幅变化,尤其是当T=0.6D(D为柱体直径)时。随着来流速度的变化,上下游柱体振幅曲线发生交叉,存在一个临界约化速度U^*_c=7,当U^*>U^*_c时,上游柱体振幅低于下游柱体振幅。当T/D>0.6、U^*<8时,为间隙流主导区。在该区域内,上游柱体脱落的漩涡形成间隙流,附着在下游柱体的表面,使下游柱体的边界层分离提前,柱体振动增强。     

用于流致振动发电的直线电机设计及优化

利用流致振动原理开发新能源的思路在风力发电、波浪能发电等领域得到广泛的关注。考虑到结构发生流致振动时自身作直线运动的特点,设计一个圆筒形直线发电机来完成流致振动能量转换过程,借助电磁场仿真软件Maxwell对所设计的圆筒形永磁直线发电机进行优化。首先分析永磁体结构和定子齿部对发电机空载感应电动势的影响,得到永磁体和齿部的最优结构。其次,提出一种L形辅助齿结构来减小定位力,结合Taguchi方法,得到定位力最小的辅助齿尺寸。计算结果表明,与优化前相比,空载感应电动势幅值提升了63%,畸变率降至5%,定位力下降了58%,更适合运用在流致振动发电领域。     

单相流作用下圆柱结构振动响应特性研究

圆柱结构在单相流作用下的振动响应特性对于管道流致振动的分析与控制有重要的工程实践意义.以质量比为3.94的直圆柱管和弯圆柱管结构为研究对象,在水流流速为0.45～2.5 m/s范围内测试两种圆柱管结构在不同来流速度下的横流向、顺流向振动响应,分析两种圆柱管结构在单相流作用下的振动特性异同.研究表明,在湍流抖振阶段,直圆柱管与弯圆柱管振动幅值差异较小;在漩涡脱落阶段,两种圆柱管结构的横流向振幅出现"初始分支"且漩涡脱落对直圆柱管的作用更加明显.当雷诺数为7500～42 000时,直圆柱管和弯圆柱管结构的漩涡脱落频率均随流速增大而增大,且在相同流速条件下直圆柱管漩涡脱落频率较低;直圆柱管和弯圆柱管在横流向未出现"锁频现象",而顺流向的振动频率"锁定"在固有频率附近,且直圆柱管出现该现象的流速范围较小.     

高雷诺数下双圆柱绕流诱发振动的数值模拟

基于表面涡方法研究了不同间隙比及归一化阻尼参数下,串列和并列双圆柱的流体诱导振动问题,并计算了圆柱的振动响应、流体力、振动频率等.结果表明:圆柱为刚性时的计算模拟结果与相关文献的实验结果吻合良好; 在文中的研究条件下,串列双弹性圆柱具有屏蔽流的特征,涡脱落频率比刚性圆柱的大,其值主要取决于归一化阻尼而非间隙比; 流体从并列双弹性圆柱分离的涡是对称的,与并列双刚性圆柱相比其平均力系数略小,但由于流体诱导振动造成的脉动力系数较大,故流体诱导振动对并列圆柱的动态响应有重要的影响.研究结果为亚临界雷诺数范围内热交换器管束的复杂流体诱导振动等问题提供了一种可能的计算方法.     

水沙流作用下粗糙度对圆柱体结构受力特性及冲蚀的影响

基于Fluent软件建立三维模型,采用SST k-ω湍流模型,对含沙量在0.05、0.5和5 kg/m3,柱体表面粗糙度在0、0.1％D、0.3％D、0.5％D、0.8％D和1％D时单圆柱绕流的柱体的受力特性及冲蚀进行数值模拟,研究了不同含沙量水流作用下,粗糙度对圆柱的平均阻力系数、升力系数及冲蚀率的影响.结果表明:在...     

人群行走荷载作用下的人致结构振动

以生物力学和交通领域相关研究成果为基础,提出了一种精细化的随机人群荷载作用下的人致结构振动分析方法.首先以生物力学试验数据为基础,拟合了人步行速度与步频之间的关系式;然后借助交通领域的人流集度与人流速度关系模型,结合目前结构领域关于单人荷载模型的研究成果,建立了精细化的随机人群荷载模型,推导了该人群荷载模型下的结构动力平衡方程,并采用自编程序对该方程进行求解,得出了结构的人致响应;最后通过ISO2031标准对文中建立的荷载模型下结构的人致振动舒适性进行评价,并与BS5400荷载模型进行了比较.结果表明,文中所建立的荷载模型较好地考虑了人群荷载对结构的作用,避免了目前人群荷载作用下人致振动分析参数取值的盲目性.     

在强加来流作用下二元系中枝晶生长的稳态解

研究了远场来流作用下二元系中的枝晶生长.当Schmidt数很大时,应用渐近分析方法得到枝晶稳态生长的渐近解,其温度场和浓度场的首级解、一级解均为相似性解,枝晶形状为存在细微波动的旋转抛物面.远场来流的强弱影响着枝晶生长的Peclet数的大小,进而影响着枝晶的尖端半径与生长速度.当过冷度一定时,在枝晶尖端或在枝晶前沿处的温度随着流场的增大而减小,而溶质浓度随着流场的增大而增大.     

亚音速气流下不对称双跨粘弹性板的非线性振动特性研究

研究了亚音速气流作用下不对称双跨粘弹性板的非线性振动特性。考虑von Kármán几何大变形, 利用Hamilton原理,建立了不对称双跨粘弹性板的非线性运动方程, 并对其采用分离变量法进行了离散, 运用线性势理论得到了亚音速气流的气动压力表达式, 利用板的边界条件和中间支承条件得到了双跨板的模态函数。研究了来流速度对双跨板非线性振动特性的影响, 分析了不对称程度和粘弹性阻尼系数对结构发生混沌运动的影响。     

双参数地基上分布随从力作用下输流管道的稳定性

研究了Pasternak双参数地基模型基础上分布随从力作用下的两端固支输流管道的稳定性.建立了管道运动微分方程,并采用传递矩阵法对无量纲方程进行求解.通过研究双参数地基上输流管道的临界流速和复频率变化,分析了在四种不同地基刚度组合下,分布随从力、流速等对系统稳定性的影响.数值计算表明:地基刚度不变时,不同分布随从力和流速作用下系统的稳定性有很大的差别;在随从力和流速相同的情况下,地基刚度对系统稳定性有很大影响,且其中的剪切刚度比线性刚度的影响更加显著.     

汽流激振作用下工业汽轮机调节级转子振动特性的数值模拟

针对某汽轮机调节级部分进汽诱发转子振动特性问题,采用计算流体力学方法研究了不同负荷工况下（100%、75%、50%）转子汽流激振力的时频线谱特征。通过将汽流集中力加载到转子上,基于模态分析法和瞬态动力学分析方法,研究了各负荷工况下汽流激振力对转子振动响应特性的影响规律。结果表明：在X方向上,不同负荷工况对转子系统振动位移的影响较大,调节级轮盘在X方向的响应峰值频率为405.40 Hz,转子质心的响应峰值频率为38.61 Hz;在对称进汽方案下,转子系统的加速度响应随负荷变化较为平稳,在非对称进汽方案下,转子振动加速度在X方向和Z方向出现较大波动。转子轴的振动形式主要表现为弯曲振动,轮盘的振型则以扭转振动为主。     

关于两自由度无阻尼系统的谐迫振动和动力吸振器

用待定系数法给出了一般初值条件下无阻尼两自由度振系对简谐激励的响应，并用坐标变换法证明在一般初值条件下动力吸振器不能完全消除主系统的振动。     

弹簧压并状态下悬架减振器绕流涡旋特性分析

为研究汽车行驶过程中减振器弹簧压并状态下翼子板内流场特性的变化,将该状态下的减振器简化为三维变截面圆柱模型,并建立变截面圆柱绕流三维流场模型,利用Transition SST四方程转捩模型模拟低、中、高3种车速对大、小圆柱绕流涡旋特性的影响.结果表明:绕流后尾涡的大小、形态、上升角均受圆柱直径、雷诺数及边界条件的影响,在变截面处验证“下洗”运动对N区边缘涡生长的直接作用及对L区涡旋分布的干扰作用;3种流速下适合绕流涡旋振动压电能量回收的最优夹角分别为±10°,±15°,±20°;在有界的高雷诺数流场下对变截面圆柱绕流涡旋重新分区,发现新的涡旋连接方式.     

采用移动粒子半隐式法的进口流动速度边界模型

针对有限空间、半无限大空间和无限大空间3种开放式流动系统的进口类型,采用无网格移动粒子半隐式法,依据进口附近新增流体变形程度不同的特点建立了相应的进口速度边界模型。通过控制进口流速和添加固体边界来避免模型可能产生的流动不连续和自由面形状不光滑、不规则等问题。基于该模型,在三维情况下模拟实现了两个圆柱形喷嘴的液柱喷射及互击碰撞过程。液柱碰撞在系统的对称面上产生了一层液膜,该液膜在一定碰撞参数下的形状、厚度、鞍部的高度和流场速度分布等信息及其非定常变化过程均可以从计算结果中进行提取和研究。数值模拟结果符合物理原理,模型的建立扩展了移动粒子半隐式法的应用范围,规范了进口模型的科学使用,使计算更加便捷和精确。     

高聚物复合共挤出的流动分析和实验研究

分析了狭缝口型中的一维复合共挤出流动,叠代计算得到两相界面位置以及速度、剪切速率和切应力的分布。并利用机头流道出口处的无量纲流量分布,计算得到沿口型宽度方向上的界面分布曲线,分析了物料的流变学特性———粘度对界面位置的影响。实验结果与理论计算结果基本吻合。     

Y型微混合器内流流场移动粒子半隐式法数值分析

采用无网格移动粒子半隐式法,结合充分发展速度进口模型以及移动边界模型,数值模拟了Y型双进口带叶片主动式微混合器的内部流动。提出了一种基于位置判断的高效斜置连续进口模型,基于粒子法全拉格朗日特性,定义了一种可描述理想有序混合的局部混合率计算方法,并通过分析确定了关键参数数值。内流流场数值分析结果表明,对于不互溶两液体的连续混合,混合主要发生在混合室内的逆流区域,且由于进口液体的持续流动、叶片旋转以及混合器几何形状的多重耦合作用,出口通道处的混合率产生周期性波动。本文揭示了一个稳态周期内两种液体完整的掺混及输运过程,并研究了进口流速与叶片转速对混合率的影响,发现在本文研究的参数范围内,适当减小进口流速或增大叶片转速都可提升混合率,但过小的进口流速会使混合率下降。     

流体横掠波状圆柱的动特性研究

提出了一种可减小流体诱导振动的波状圆柱,并对3种不同表面倾斜度的波状圆柱进行了实验研究.实验在一低速风洞进行,工作段的横截面尺寸为0.6 m×0.6 m,湍流度小于0.2%,雷诺数在2.0×104到5.0×104范围内.实验结果表明:波状圆柱与普通圆柱相比其脉动升力系数较小,具有减小流体诱导振动的作用;流体绕波状圆柱流动的斯德鲁哈尔数等于绕普通圆柱流动的斯德鲁哈尔数,说明波状圆柱的减振并不是通过改变其斯德鲁哈尔周期来实现的.     

温度变化对重催油浆蒸汽发生器管束振动的影响

对油浆蒸汽发生器的实际运行工况进行诱导振动特性的模拟,计算该高温高压下管束所受的轴向应力,分析振动频率的大小和变化趋势。管束的振动情况与自身的固有频率相关,综合分析振动产生的位置,为避免振动造成的破坏提供参考依据。     

自由表面流动的移动粒子半隐式模拟方法

引入可压缩因子，对移动粒子半隐式方法（MPS）进行了改进，解决了MPS方法在计算中容易出现的不稳定问题．使用改进后的方法对液柱倒塌算例进行了模拟计算，并将计算结果与实验及其他数值计算结果进行了比较．计算表明，引入可压缩因子大大提高了计算的稳定性，且方法简单易于实现，在液柱与挡板发生碰撞、流体发生大变形时依然能进行有效地模拟。     

泥石流流变特性分析

采用当前国际最先进的流变测试系统——安东帕第三代Physica MCR301模块化智能型高速流变仪,采用三阶段加载方式,对某泥石流沟原样进行了测试。得到泥石流原样剪切速率同剪切应力之间的关系。提出剪切应力随剪切速率变化的拟合公式。分析了剪切应力随泥石流容重的变化规律。对比分析了不同加载方式下的剪切应力同剪切速度变化规律。实验结果对泥石流流变特性的认识,泥石流动力学参数计算及泥石流工程防治具有重要意义。     

采用不同管排组合的换热器弹性管束壳程流体诱导振动响应

为了研究换热器内弹性管束在壳程流体诱导下的振动特性,利用流固耦合的顺序求解法,对换热器内不同管排间距和不同管排数条件下多排弹性管束在壳程流体诱导下的振动响应进行了数值分析; 提出了分割式网格划分策略,可大幅度提高网格划分的精度、效率和灵活性; 提出了粗算加精算的分步计算策略,可大幅度减少计算时间,提高计算效率。研究表明:在壳程流体诱导下,换热器内各排弹性管束的振动主要表现为面外振动,且振动的均匀性较差; 大不锈钢连接体上监测点的振幅受管排间距的影响较大,小不锈钢连接体上监测点的频率受管排间距的影响也较大; 当管排间距较小时,各排弹性管束间的相互影响较强; 当管排数增加时,各排管束的振动均匀性降低。