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蒸汽管路系统结构振动研究

作　者: 陈浩
导　师: 柳贡民
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 蒸汽管路 结构振动 传递矩阵法 流固耦合
分类号: TK284.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


蒸汽管路系统广泛应用于工程实践,进行蒸汽管路系统结构振动研究具有重要意义。然而由于在理论模型、算法实现等方面存在较大不足,使得当前蒸汽管路动力学研究成果还非常有限。本文在输流管路动力学模型及动力学问题算法实现方面进行了深入研究,并分析了蒸汽参数对于管路结构振动的影响、蒸汽与管路结构间的相互作用及管内流体激励引起的结构振动等问题。针对以往输流管路系统动力学模型及算法的不足,本文考虑了流体压力、流速等参数的影响,对输流直弯与弯管14方程模型进行了改进；首次建立了任意分支元件的模型及传递矩阵,实现了可求解包含任意分支结构的管路系统固有特性、频域及时域响应的传递矩阵法,以及适用于传递矩阵法的流体压力波无反射边界条件,并通过算例对模型及算法进行了验证。本文基于理论模型,通过详细分析总结了蒸汽参数对于直管及复杂管路系统固有特性、稳定性及动态响应的影响规律及特征,得到了一些有价值的结论。为了揭示蒸汽与管路结构间的相互作用特征,本文还分析了蒸汽管路系统泊淞耦合与几种结点耦合作用的重要性,讨论了流固耦合作用对于管路系统固有特性及流体压力波传播的影响。论文最后考虑了实际管路系统内部蒸汽流动的复杂性,通过流固耦合数值仿真方法初步分析了湍流作用与流速对于管内流激振动的影响,并论证了应用理论模型解决实际问题的可行性。

全文目录


摘要  5-6ABSTRACT  6-9第1章 绪论  9-17  1.1 研究背景和意义  9  1.2 输流管路系统动力学研究发展历程  9-11  1.3 管路系统动力学模型及计算方法  11-13  1.4 蒸汽管路系统动力学研究现状  13-15  1.5 本课题主要研究内容  15-17第2章 输流管路系统动力学模型的建立  17-31  2.1 水锤模型及直管横向单方程模型介绍  17-19    2.1.1 经典水锤模型介绍  17-18    2.1.2 直管横向振动单方程模型介绍  18-19  2.2 改进的输流直管14方程模型  19-24    2.2.1 输流直管轴向运动4方程模型  19-20    2.2.2 改进的输流直管横向运动模型  20-23    2.2.3 直管周向运动2方程模型  23-24  2.3 改进的输流弯管14方程模型  24-27  2.4 任意分支元件模型的建立  27-30  2.5 本章小结  30-31第3章 管路系统动力学算法实现及验证  31-53  3.1 管路系统固有特性算法实现  31-37    3.1.1 场元件传递矩阵的推导  31-32    3.1.2 分支元件传递矩阵的推导  32-33    3.1.3 弹性支撑元件传递矩阵的推导  33-34    3.1.4 结构与流体边界条件方程  34-35    3.1.5 流体压力波无反射边界条件的实现  35-36    3.1.6 管路系统固有特性的求解方法  36-37  3.2 外部激励作用下的频域响应算法  37-40  3.3 外部激励作用下的时域响应算法  40  3.4 求解稳态响应的待定系数法  40-41  3.5 输流管路流体运动模型及算法的验证  41-44    3.5.1 管内流体振动固有频率计算  41-42    3.5.2 流体压力波无反射边界条件算法验证  42-44  3.6 空管路系统12方程模型及算法的验证  44-51    3.6.1 Ω形管路系统响应计算  44-46    3.6.2 悬臂直管系统简谐激励下的稳态响应计算  46-48    3.6.3 分支管路系统固有频率及振型计算  48-49    3.6.4 考虑管道轴向力的弯曲振动固有频率计算  49-51  3.7 T形充水管路系统固有频率求解  51-52  3.8 本章小结  52-53第4章 蒸汽参数对管路振动的影响分析  53-69  4.1 蒸汽压力对于管路系统固有特性的影响分析  53-58    4.1.1 两端简支管路系统固有频率随管内压力的变化分析  53-54    4.1.2 蒸汽压力对系统固有频率的影响  54-57    4.1.3 蒸汽压力对系统固有振型的影响  57-58  4.2 蒸汽压力对于管路系统稳定性的影响分析  58-62    4.2.1 蒸汽压力对于直管系统稳定性的影响分析  58-61    4.2.3 蒸汽压力对于复杂管路系统稳定性的影响分析  61-62  4.3 蒸汽压力对于管路系统动态响应的影响分析  62-65  4.4 蒸汽流速及温度对于管路振动的影响分析  65-68    4.4.1 蒸汽流速对管路系统动力学特性的影响分析  65-66    4.4.2 温度对系统动力学特性的影响分析  66-68  4.5 本章小结  68-69第5章 蒸汽与管路结构间的相互作用分析  69-84  5.1 蒸汽与管路间流固耦合作用分析  69-78    5.1.1 蒸汽与管路间各种耦合作用的影响分析  69-73    5.1.2 耦合作用对于管路系统固有特性的影响分析  73-75    5.1.3 耦合作用对于流体压力波传播的影响分析  75-78  5.2 管内流体激励引起的结构振动分析  78-82    5.2.1 湍流流场及流速的影响分析  78-81    5.2.2 仿真模型与14方程模型求解结果比较  81-82  5.3 本章小结  82-84结论  84-86参考文献  86-90攻读硕士学位期间发表的论文  90-91致谢  91

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 蒸汽动力工程 > 蒸汽动力工厂（车间） > 设备与运用 > 热力系统
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