水下输液管道动力特性研究

该文研究水下横向输液管道的动力特性，假定管道系统承受外界均匀流的作用，同时考虑管内流体流动的影响。建立了水下输液管道侧向振动的微分方程。采用Hermite插值函数和Galerkin法离散得其有限元标准形式。研究管内流动为恒定流时输液管道长度、内部流体流动速度对管道动力特性的影响及管内流动含有谐波挠动的情况下输液管道固有频率的变化。结果表明，在管内恒定流动的情况下。输液的自振频率随管道长度及管内流速的增加而降低，同时管内流动的谐波挠动对管道的自振频率也有影响。     

流体在管道中流动时管道的自振特性研究

基于三维弹性理论及欧拉线性方程,采用位移-压力格式有限元方法,得到附加矩阵。通过叠加附加矩阵把流固耦合结构振动问题化成普通的结构振动问题,建立了流体在管道中流动时结构振动的有限元方程,研究了流体在管道中流动时结构的自振特性,重点研究了流体速度对管道自振频率的影响。研究表明,管道各阶自振频率随着流体速度的递增呈递减的趋势。     

液压波动激励下的充液管道动力学特性

为了对充液管道的振动加以利用,研究其在非定常流激励下的动态特性,构建了以激波器为液压波动发生器的管道激振系统,建立管道液压激振的流-固耦合有限元数学模型,并求解了管道的动态响应.数值模拟结果表明:管内流体压力呈周期性冲击压力,其峰值压力是系统压力的数倍,且随系统压力的增大而增大;管道振动也呈现出周期冲击振动特性,并伴有高频谐波,冲击频率受控于激波器,振幅受控于系统压力,沿管道轴向两端振幅较大而中间较小,冲击振动主要由水击效应和固-液耦合的复合作用引起.设计了液压波动激振试验系统,仿真结果与实测数据符合较好,揭示了充液管道波动激励下的振动响应特性,为系统的振动主动控制提供了理论和数据支持.     

柔性压力管道甩击特性数值模拟

柔性压力管道作为一种重要的流体输送工具，以适用性强、安装快捷等特点广泛应用于临时或机动工程中，但随其耐压等级与额定流量不断提高，管道的振甩现象愈发突出，甩击事故时有发生，存在重大安全隐患。利用ANSYS Workbench平台对柔性压力管道脱扣断裂甩击行为进行数值模拟，研究了管道流速、流体物性参数、管道弯曲长度和弯曲半径、约束位置对甩击运动的影响。结果表明：管道的甩击运动具有很强的非线性特征，脱扣端的变形位移和甩击速度最大，固定端的等效应力最大；随管内流速增加，管道甩击的变形位移、甩击速度、等效应力增加，应变能呈高次方变化；随流体密度增加，管道甩击运动的主要参数都线性增加，流体黏度增加，管道甩击更加剧烈；管道长度越长，其运动周期越长；弯曲半径增大，管道甩击运动的主要参数都减小；而管道安全扣的约束位置主要影响了管道运行的长度和弯曲半径，从而对甩击运动产生影响，管道甩击振动由二阶模态主导。     

基于Internet格子Boltzmann法研究多组分渗流问题

基于Internet平台的格子Boltzmann方法研究了微孔隙多孔介质管道中两种流体的流动,计算以多孔介质内细长微孔隙流为例,在速度或压力非常小的情况,流体表现出层流状态。计算结果表明:模型是可行的。基于Internet平台的二元流的LBM模型灵活地控制了不同粘性的流体,可以利用扩散系数的大小来控制流体间的扩散强弱。结果还鲜明地体现了流体粒子的自碰撞和相互碰撞特征。     

中间支承输流管道自由振动的有限元分析

基于Euler梁模型研究中间支承输流管道的动力学特性。首先,利用虚功原理,建立系统动力学有限元方程。然后,分析了支承刚度、流体离心力、预应力等因素对管道振动的影响。结果表明:支承刚度对管道系统动力学特性有重要影响,管路设计时须着重考虑;揭示了流体离心力是造成固有频率随流速增大而降低的根本原因;流体科氏力对各阶固有频率影响较小;预应力对振动的影响不可忽略,尤其是第一阶固有振动。     

通球清管过程中微起伏管内的段塞流特性试验研究

利用室外大型多相流试验环道进行了段塞流的清管通球特性试验，以空气，水为试验介质，在多种气液流量下测量了管道中不同位置处的压力，压差，并记录了清管通球过程中管道入口的流量变化，分析试验结果发现：清管球进入管道后会引起气液流量变化，并会使管道中流体的流动出现短暂停滞，管道中各点的压力会逐次达到一个远远超过稳态的高压力值，清管球的运动速度，球前，后的压差是液混合速度和距管道入口距离的函数。     

微分求积法分析水下输流管道的竖向动力特性

在复杂的海洋和河流环境条件下,水下输流管道的动力特性受到内外流体等耦合作用的影响,呈现与陆地管道不同的特点.尝试用微分求积法(DQM)来分析水下输流管道的竖向振动特性,综合考虑内流因素(包括流速、压强)和外流因素(包括流速、阻尼)以及轴向力对管跨段竖向振动的影响.计算分析了水下输流管道悬跨段的动力特性及允许跨长随内外流流速、轴向力、管内压强等的变化情况.结果表明,DQM用于水下管跨段的动力特性和疲劳分析、可靠性分析及设计是可行的.     

60°T形弯头内二次流特征

石油化工中普遍存在的T型弯头结构是诱发管路振动的重要因素,明晰弯头内流场特性,对于压力管道的长期稳定运行具有重要意义。本文研究设计并组装了模拟工业运行管路,观察段使用有机玻璃制作的60° T型弯头,采用三维粒子影像测速系统(PIV)和压力传感器测量管路中流体的二次流特征。通过流线图和速度矢量图,对比分析不同流速下管道内涡流的分布和运移规律。结果表明,60° T型弯头中存在一对大小不等的周期性交替摆动的涡,在一个周期内出现、增加、减少和消失,具有卡曼涡街和迪恩涡旋的部分特征。这两个涡交替变化的频率随流速增加呈指数型增大,管内流体压力脉动的幅值也随流速增加而升高,但管道正面的涡流规律基本不变。采用RNG k-ε模型结合二次上游插值(QUICK)方法、压力-速度耦合方程(SIMPLE)模拟管道侧面二次流变化规律,模拟结果与实验数据吻合度较高。研究结果为明晰T型弯头内涡流诱发管道振动规律及预防措施优化提供了理论依据。     

节流板孔直径及流量对核级管道流致噪声的影响

建立了核级节流管道的流动-振动-辐射噪声仿真模型，并基于实验和仿真研究了辐射噪声产生的机理及节流孔径和来流流量对振动噪声的影响规律. 节流管道的噪声受节流管道流场中流体尾迹涡的影响:流体在管壁上产生周期性的激振力，且激振力的频率与管道模态所对应的频率相近，从而加剧了振动，导致辐射噪声的产生. 此外，随着节流孔直径的增加，节流管道的振动及辐射噪声逐渐减小；随着来流流量的增加，节流管道振动以及辐射噪声逐渐增大.     

基于DASP的泵站压力管道振动测试与分析

大型泵站的压力管道在运行中的振动问题比较普遍,高频大幅的管道振动会严重影响泵站提水系统的安全稳定运行,特殊的运行工况和管道内不稳定的水流流态是引起压力管道振动的主要原因,对压力管道的振动特性进行测试可以反演分析引起管道振动的机理并评价其运行的稳定性.文中采用DASP软件对大型泵站的压力管道振动特性进行测试,通过对代表性测点的信号采集和信号分析,可得到管道的原位振动特性图像.测试结果表明:将基于DASP的测试技术应用于泵站压力管道的振动测试,不仅能够获得管道振动的实时测试信号和振动特性图谱,还可获得振动机理分析所需的更高的测试精度和效率,在工程实践中具有较好的推广价值.     

悬臂输流单层碳纳米管的颤振失稳分析

基于非局部弹性理论及欧拉-伯努利梁模型,并考虑了碳纳米管材料的黏弹性以及小尺度效应,应用哈密顿原理建立了悬臂输流单层碳纳米管(SWCNT)的振动方程以及边界条件,借助微分变换法(DTM)对此高阶偏微分方程进行求解,通过数值计算研究了管内流体流速、小尺度参数、质量参数和黏弹性参数对悬臂输流单层碳纳米管动力学行为的影响。结果表明,小尺度参数的增加将会降低悬臂输流系统的稳定性,使系统更为柔软;悬臂输流系统颤振失稳临界流速的大小是由管道自流体中的吸入能、管道系统储存的弹性能以及管道黏弹性特性的振动耗散能三者共同决定的。     

超声行波微流体驱动的流动特性分析

研究了超声行波驱动圆环模型的流动特性与影响因素.通过模态分析确定了模型的最佳驱动方式;通过谐响应分析和瞬态分析得到圆环形微管道内壁的振动位移分布以及行波运行情况;通过流固耦合分析得到微管道内流体的瞬时流动速度、时间平均速度以及各种参数对流动特性的影响.结果表明,圆环模型能在管道壁面产生较规则的行波从而推动管内流体流动.微管道内瞬时速度为正弦脉动量,时间平均速度为非对称的抛物线结构.该抛物线结构的形状受驱动频率的影响较大而受驱动电压影响较小,形状发生改变的频率范围在2kHz—2.5kHz之间.流体平均速度随粘度的增加而降低,首次发现流体粘度在0.07Pa.s时近壁开始出现反向流.此外,分析还发现耦合面结构对流体平均速度有较大影响.     

轴向振动对液压胶管出口压力波动影响

为了提升和改进硬岩掘进机工作时液压胶管内流体能量的传递特性,基于复合材料层合板理论和流固耦合理论,建立了缠绕式胶管轴向振动流固耦合模型.仿真和实验研究了振动参数、结构参数和流体参数对胶管出口压力波动影响.研究结果表明:当基础振动频率在40Hz附近时,出口压力波动幅值最大,此时激振频率接近胶管固有频率,出口压力波动幅值在一定范围随振动幅值呈线性增长;胶管长度对出口压力波动影响强于胶管内径;随着流体流速增加,胶管出口压力波动幅值逐渐减小,流体黏度对压力波动影响较小.     

基于CFD模拟的压力管道内固液两相流速度分布研究综述

管道输送因其具有高效、安全、环保等诸多优势已成为固液两相流体的主要运输方式，管道内的速度分布对管道的沿程阻力损失及压降有直接影响。在参考国内外相关文献的基础上，通过“浑浊模式”和两相分离模式两种分析方法，综述了多种管道内固液两相流体的速度分布公式和模型，归纳出固液两相流体的速度分布规律及影响因素，为固液两相流速度分布的进一步研究提供参考。     

海底泵举升系统回流管道内钻井液举升效率

海底泵举升系统是无隔水管钻井液回收(riserless mud recovery,RMR)钻井技术的核心设备,该系统将钻井液和钻屑通过回流管道泵送至钻井平台,能够有效解决深水钻井作业所遇到的泥浆密度窗口过窄的难题,同时能够降低对海洋钻井平台的要求。回流管道作为钻井液和钻屑返出海面的通道,其设计的合理性关系到整个举升系统能否有效运行。结合由钻井液和钻屑组成的混合流体在回流管道内的流动特性,建立回流管道内混合流体流动的控制方程,探究混合流体的流态判别方式,分析回流管道内钻井液举升效率的影响因素。研究成果有望为海底泵举升系统回流管道的设计提供理论依据。     

环形间隙内振动圆柱流固耦合动力特性研究

应用有限元法，建立了粘性流体速度和压力振荡方程．考虑流固耦合作用，导出了环形间隙内振动圆柱流固耦合动力模型，提出了流体附加质量和阻尼系数的计算方法．结合实例研究了间隙大小、圆柱在环形间隙内的偏心以及圆柱振动频率等参数的影响．指出流体反作用力随环形间隙的减小、偏心距的增大和振动频率的降低而非线性增大．考虑耦合作用后，附加质量系数基本不变，而附加阻尼系数减小，在大偏心、小间隙和振动频率低时差别比较明显．     

盾构隧道竖井内油气管道流固耦合振动特性分析

对某盾构隧道竖井内的油气管道,基于ANSYS Workbench平台建立流固耦合振动有限元模型,采用直接耦合方法对油气管道进行结构模态特性计算。仿真模拟考虑了内部流体和外部静水与管道耦合作用、管道固定导向支座约束、管道壁厚以及流体介质密度对油气管道固有频率和振型的影响。结果表明:流固耦合作用和固定导向支座约束都会降低管道的固有频率,其中外部静水对管道固有频率的影响较大,不可忽略;管道的固有频率随壁厚增大而增大,随流体介质密度增大而减小;管道的低阶模态属于梁式振动形态,高阶模态属于壳式振动形态,流固耦合作用对管道的振型没有影响。     

液压激波作用下管道流固耦合的动力学建模

为了研究在主动液压激波作用下管道振动的动力学特性,设计了一种液压激波变频控制系统,建立了激波作用下充液管道流固耦合的动力学模型.采用特征线-有限元法,用Newmark法编程,将由特征线法求得的流体各断面横向压力载荷施加到管道有限元的单元节点上,由此求得了管道横向各断面处及轴向的振动时程曲线,并通过快速傅里叶变换获取了管道横向及轴向的幅频特性曲线.试验发现,在激波作用下,充液管道的横向与轴向振动中基频的幅频特性吻合较好,而高阶频率由于谐波干扰信号非常严重,因此与数值模拟结果没有明确的对应关系.     

飞机液压管道流固耦合振动特性及动响应分析

通过对输流管道的动力特性进行研究,利用有限元法对管道及流体单元建立运动方程;采用Hermite插值函数,利用里茨-伽辽金法将求解微分方程问题得到输流管道的动特性方程。在有限元方程的基础上,对某飞机上的一段液压管道进行有限元仿真分析,得到管道结构各阶固有频率、特征点处位移、压力变化规律,分析了流固耦合作用对管道系统的影响。另外,讨论了不同阻尼比对管道结构动态响应的影响,为飞机液压管道的设计及优化提供了依据和参考。