晃动条件下大型液氢舱罐的动力学及热力学特性

大型液氢舱罐在不同海况下会呈现出复杂的动力学响应及热力学响应,并在很大程度上影响舱罐的安全,因此,建立一个数值模型来研究晃动条件下船用大型低温舱罐中液氢的动力学特性及热动力学特性。应用流体体积(VOF)方法捕获晃动过程中自由表面的波动,使用Lee相变模型来描述晃动过程中的蒸发冷凝现象并与已有试验进行对比验证。研究不同充注水平和晃动条件下液氢的自由表面形状和面积变化,舱壁压力变化,舱罐内气液温度变化以及相变引发的降压现象。结果表明:固有频率附近的晃动伴随着射流和破碎液面的产生,会对舱壁产生抨击压力;液面破碎程度越剧烈,液位越高,舱内压力下降速率越快;舱罐内气液温度演化经历了热分层、晃动混合和总体温升等3个阶段。研究结果对进一步理解非等温低温舱罐中流体的晃动动力学及热力学特性具有重要意义。

液体大幅晃动充液航天器分数阶滑模姿态机动控制

研究部分充液航天器存在系统参数不确定、外部未知扰动、液体燃料大幅晃动的姿态机动控制问题。首先,将大幅晃动的液体燃料等效为运动脉动球模型,建立刚-液耦合航天器动力学方程;其次,针对充液航天器姿态稳定问题,提出一种具有固定时间收敛的分数阶非奇异快速终端滑模算法;同时,设计扰动观测器来估计系统的综合扰动,并且利用径向基函数神经网络来估计液体大幅晃动引起的扰动;设计Lyapunov函数分析并证明系统固定时间稳定性;最后,通过对比的仿真结果验证本文提出控制策略的可行性和有效性。

圆形截面罐体液体晃动的摆锤模型可行性研究

为研究圆形截面罐体液罐车液体晃动等效摆锤模型的可行性,运用非惯性系下流体Euler方程和均质平面体质心计算公式,构建了液体自由液面倾斜率和质心坐标精确计算模型。得出圆形截面罐体液罐车在横向加速度作用下,液体质心运动轨迹是以罐体截面中心为圆心的一段圆弧,在此基础上提出了一种以液体质心与罐体中心连线为等效摆长的摆锤模型。采用理论计算与计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)仿真技术,分别得到相对应条件下的摆锤振动曲线图像。摆锤振动曲线图像表明,将圆形截面罐体液罐车液体晃动视为摆锤振动具有可行性,可以较好地反映出液体晃动变化规律,方便计算液体晃动时对罐体内壁的反作用力。研究结论可为开展液罐车横向稳定性研究提供理论参考。

液罐车防波板对液体纵向晃动及车辆动力学的影响

为研究液罐车防波板对液体纵向晃动及车辆动力学的影响,进行液罐车的液体纵向晃动受力预测及动力学分析。首先基于计算流体力学(CFD)软件FLUENT对罐体施加纵向加速度激励,获得不同充液率下有无防波板的液体纵向晃动力和晃动力矩。利用仿真数据,训练得到有无防波板的罐内液体纵向晃动Elman神经网络预测模型,以此建立一个简化的双轴液罐车整车纵向动力学模型。通过模型直线制动工况的仿真,考察防波板不同布置方式下制动距离的响应。结果表明:Elman神经网络预测模型可以有效地预测有无防波板的罐体受力;罐体内设置防波板可以减小车辆制动距离,且防波板两头小(等间距)中间大的布置方式的制动距离较小,有利于液罐车的纵向制动稳定性。

离心压缩机整机晃动试验研究

本文以一台LNG压缩机为研究对象,通过25t负载的六自由度晃动实验台,模拟船体在作业工况和生存工况时的基础运动,对压缩机组整机在不同试验工况下进行晃动试验,以校验其在海况载荷作用下是否可以安全稳定运行。通过试验表明,该压缩机组在作业工况下可以安全稳定地运行;在生存工况下,其结构安全性满足设计要求。

高轨大型航天器液体晃动等效建模方法研究

高轨航天器一般都带有大量液体燃料,在进行轨道机动时液体运动会对航天器的姿态产生不可忽略的扰动,建立简洁而精确的液体晃动动力学模型具有重要的工程应用价值.介绍在带有大型燃料贮箱的高轨航天器研制过程中液体晃动等效动力学建模若干问题的研究进展,包括应用于位保模式的任意形状三维贮箱液体晃动等效建模方法、姿态大角度机动下时变参数等效力学建模方法,给出基于静矩和惯量连续的变参数等效建模方法,并通过数值仿真验证了所提出方法的准确性.

弹性膜对部分充液罐车内液体晃动的抑制效果研究

为了提高液罐车的制动性能和侧倾稳定性极限,建立了流固耦合模型,研究了弹性膜对部分充液罐车内液体晃荡的抑制效果.进行了实验室实验,实验结果验证了数值模型的有效性.验证后的模型被进一步用于研究不同的弹性膜配置对晃荡响应的影响,如液体载荷传递、晃荡力、俯仰力矩和罐壁压强.研究中考虑了两种不同的储罐配置,即没有任何阻尼装置的储罐和具有各种弹性膜组合的储罐,以进行比较.结果表明,添加弹性膜可以显著限制液体的运动,从而显著降低由晃动引起的俯仰力矩,这将提高罐车的制动性能和侧倾稳定性极限.

某型灭火飞机水箱晃动结构动响应分析

灭火飞机工作过程中,灭火剂晃动会对水箱结构造成冲击及影响飞行稳定性。针对该问题,以某型灭火飞机水箱为研究对象,基于LS-DYNA建立FEM-SPH的流固耦合仿真模型,开展水箱灭火剂晃动的仿真分析。研究飞机在起飞阶段,不同充液时水箱结构的动态响应、液体重心变化大小及防晃板的抑制作用,为该型飞机综合航电灭火平台基本型水箱设计提供有效的计算分析数据及优化建议。

汽轮机盘车晃动异常诊断及振动信号分析

针对某核电厂汽轮机在停机盘车过程中4号轴承2个振动传感器晃动幅值较大的问题,对盘车期间大轴晃动数据进行对比和分析,确定了汽轮机盘车时4号轴承异常晃动的原因,解体检查验证了判断的正确性,并从热膨胀、转子位置、运行工况3个方面分析了转子缺陷对振动信号的影响,提出了消除转子缺陷对振动信号影响的建议。

带刚性防波板罐体内液体晃动的响应分析

部分充液罐体内的液体在外部激励的作用下容易出现晃动现象,由液体晃动产生的附加力和力矩会对载液罐车产生不利影响。为了避免液罐车制动时其罐内液体产生较大幅度的晃动,提出了几种类型的防波板,并研究了防波板及其几何参数对液罐车内液体晃动的影响。首先,建立了基于有限体积法的液体晃动的数值模型。其次,对液体晃动现象进行了一系列的实验,通过将实验获得的液面波形与同等条件下数值模拟获得的结果进行对比,验证数值模型的有效性。最后,将验证后的数值模型用于分析防波板的几何参数对液体晃动响应的影响。研究结果表明,开孔防波板不仅可以有效降低罐内晃动响应参数的峰值,还可以明显缩短罐内晃动液体达到稳定的时间;防波板的开孔位置和孔的数量在车辆制动过程中对罐体内液体晃动引起的纵向力的峰值影响差别不大,但是对液体晃动引起的俯仰力矩的峰值的影响比较明显;晃动响应参数峰值的下降率会随着充液高度的增加呈先下降后上升的趋势,液体晃动引起的俯仰力矩的峰值取得最大值时,防波板对罐体内的液体晃动的抑制效果最差。

池式快堆堆本体中液体晃动效应的研究进展

堆本体是核反应堆的核心组件,也是核反应堆进行核聚变或核裂变反应的关键部位。池式快堆堆本体内部的液态金属冷却具有大自由液面特征,其内部液体出现晃动可能会对核反应堆的安全性和稳定性造成不利影响,因此开展池式快堆堆本体中液体晃动效应的研究具有重要意义。首先,阐述了液体的晃动效应,并介绍了池式快堆堆本体的结构形式;其次,从理论研究、数值模拟和振动台试验三个方面对池式快堆堆本体的液体晃动研究进行了讨论分析。研究结果表明:单一的理论方法、数值模拟或振动台试验难以准确捕捉液体晃动对堆本体结构的实际影响,结合使用这三种方法能够获得更为准确和全面的研究效果;最后,对既有研究进行了梳理与总结,以期为池式快堆堆本体的进一步抗震研究提供新的思路和启发。

液罐横截面形状对液体晃动影响分析

在Ansys Fluent软件中建立了不同横截面的液罐二维仿真模型,用准静态模型法和频率验证法来验证仿真模型的有效性。基于Fluent软件,计算出不同充液比下,不同横截面液罐产生的侧向力、侧倾力矩和液体晃动的固有频率。结果表明,基于Fluent的仿真法计算出的侧向力和侧倾力矩的峰值显著大于准静态值。本文所提出的优化液罐能有效降低液体晃动产生的侧向力和侧倾力矩,并能提高液体晃动的固有频率。

有轨电车制动晃动问题的研究

有轨电车在制动时,车辆左右晃动明显。对这一问题产生的原因进行研究,并提出优化方案。分析了有轨电车转向架停车制动过程和受力情况,应用Simpack多体动力学软件对比分析多种优化方案的制动结果。研究表明,通过切除一端动力转向架的制动装置,能够有效减小车体晃动幅值,并且对制动距离的影响较小。

焦炭塔晃动原因及应对措施浅析

焦炭塔系统因生产及设备原因,存在异常晃动的可能性。当异常晃动发生时,可能导致支座等部位产生疲劳与损伤,危及结构安全;同时还可能导致焦炭塔地脚螺丝松动、高温法兰泄漏着火,威胁安全生产。文章以某焦炭塔系统为研究对象,提出了引起焦炭塔系统异常晃动的可能原因和相应的处理措施,为类似装置解决焦炭塔系统异常晃动提供参考。

液体非线性晃动实验与数值模拟

本文对圆柱容器中液体非线性晃动进行了实验测试,利用粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术检测了腔内液体流动状态,定量表征了速度场和涡量场随时间的变化,揭示了腔内的复杂流动结构,获得了液面的非线性晃动特征,发现了波形破碎、液滴飞溅同激励频率的相关性。通过对竖直激励晃动的数值模拟与分析,得到液体运动的液面位置,取得了与实验结果相符的计算结果。应用Fluent软件对液体晃动瞬态过程和特征进行数值模拟研究,开展了大攻角的俯仰晃动数值计算,结果表明,俯仰晃动的频率越大,腔体受力越大。本文为充液飞行器飞行控制和总体设计提供了理论依据和优化方法。

基于比力双积分的惯性系下抗晃动对准方法

运载火箭在发射场受阵风干扰存在线晃动和角晃动,造成初始对准精度下降,传统的比力单积分抗晃动算法在规定时间内无法快速收敛,得到的航向对准精度具有不确定性。针对该问题提出了基于QUEST比力双积分的抗晃动对准方法。首先使用姿态分解的方法,对比力信息进行双重积分,得到不同参考系下的位置信息,通过QUEST方法,实现姿态矩阵的求解。通过摇摆台试验,采集在不同晃动条件下的惯导信息,实验结果表明,该算法能够克服比力单积分算法存在的航向不确定性,使得航向姿态能够快速收敛,有效减小晃动条件对对准精度的影响,提高运载火箭的环境适应性。

抗线晃动干扰惯性系初始对准改进参数辨识方法

针对捷联惯导系统晃动基座惯性系初始对准中的参数辨识问题,提出了基于比力视位置拟合的抗线晃动干扰惯性系初始对准改进参数辨识方法。通过对惯导比力方程变换建立了比力双重积分视位置观测矢量模型,对惯导初始速度和位置变化两项参数进行参数辨识。在完成参数辨识之后,进行视位置观测矢量重构,重构算法从原理上消除了惯导初始速度和位置变化的影响,从而具备晃动基座初始对准收敛速度快和收敛后波动小的优势。进行了六自由度海浪晃动模拟验证,在1 m/s的初始线晃动情况下,采用所提方法1200 s初始对准方位精度约2.2’,较传统方法对准精度提高一个数量级。

基于浮板结构的植保无人机药液晃动抑制试验

植保无人机易因药液剧烈晃动出现操控困难甚至失稳。针对这一问题,并考虑质量限制要求,提出了一种液体晃动抑制装置——弹性约束浮板。搭建晃动力测量系统,试验研究了不同液体深度和激励频率下浮板的晃动抑制效果,分析了浮板结构和约束属性对浮板抑制能力的影响。结果表明:浮板不受约束时,晃动抑制能力较弱;刚性约束在某一液体深度范围内有良好的抑制能力;弹性约束则扩大了具备良好抑制能力的液体深度范围。浮板位于液面附近且弹性绳能被浮板牵拉时,即使激励频率接近固有频率,液体晃动力也仅为原来的1/3~1/2。位于液面以下较深位置时,浮板晃动抑制能力基本消失。浮板位置受弹性绳长度影响,需要根据液体深度变化范围合理选择绳索原长。浮板面积越大,晃动抑制效果越好。但在很多工况下,相对较小的浮板也可获得良好的抑制能力,从而具有更大的灵活性。弹性约束浮板使自由液面的衰减加速,显著提高了振荡系统的阻尼比。对于姿态频繁变化、药液易于大幅晃动的植保无人机,弹性约束浮板具有很好的实用价值。

挡板结构与充液率对液体晃动的影响

箱体晃动会使储液箱内液体的自由表面发生飞溅现象,而液体在储液箱内的飞溅会导致壁面受到高度局部冲击力,造成储液箱的结构损坏。为了研究储液箱内自由液面晃动规律,避免储液箱内液体晃动带来的风险,搭建了液体晃动模拟实验平台,模拟挡板固度比和储液箱内自由液面高度对储液箱内液体晃动的影响。结果表明:挡板固度比增大、储液箱内自由液面高度降低可以显著降低由于储液箱内液体自由表面的飞溅产生的壁面局部压力。研究结果为储液箱的结构设计和优化提供理论依据。

喷雾机药罐液体纵向晃动等效力学模型建立与应用

针对高地隙自走式喷雾机在复杂工况下,药罐液体发生的纵向晃动对整机平顺性及作业质量影响难以探明的问题,基于液体晃动动力学特性及机械模型等效准则,建立了可描述药罐液体纵向晃动的弹簧-质量-阻尼等效力学模型,并利用力学等价原则,对模型参数进行了求解。应用Fluent流体仿真软件建立罐内液体晃动仿真模型,并通过台架实验验证了其仿真结果能够反映真实的液体晃动冲击作用。应用Matlab/Simulink软件,建立等效力学数值解析模型,结合Fluent仿真结果对比分析了充液比为0.1、0.5、0.9时液体纵向晃动作用在容器壁的力矩变化规律,验证了所建等效模型的准确性。将所构建的等效力学模型应用于喷雾机垂向动力学特性分析,得到药液晃动和药液质量变化对整机行驶平顺性有较大影响且充液比为0.8时整机行驶平顺性较差的结论。