高频振动流对机体血流分布的影响

目的探讨高频率振动流对血流分布的影响。方法健康成年11只山羊通过高频率振动流人工心脏(vibrating flow pump,VFP),从左心尖将血液送至下行大动脉,取得了100%的辅助循环。测定上半身、下半身血流量的分配率。同时将机体血液循环视为电子回路,制作数学模型,从而计算出在15、20、25、30Hz的驱动状态下血管动态阻抗的曲线,找出动态阻抗与血流分配率的关系。结果四种驱动状态下的血管动态曲线高峰全部在30Hz附近,因此这种特性可以部分解释在驱动频率的30Hz时下半身血流量下降的原因。结论振动流通过改变频率,可影响血流分布,利用数学模型,计算得到的血管动态阻抗,能够表现曲线全体,充分显示了血管动态特性。

振动流对下行大动脉血流量的影响

目的:本研究是利用该振动流人工心脏,采用将左心室血液输送到下行大动脉的方式,来观察下行大动脉流量变化。方法:给成年山羊(11例)安装左心辅助装置,分别测总血流量、下行大动脉流量等血行动态,并计算上、下行血流的分配率。结果:通过改变振动流人工心脏驱动频率,在同等流量的情况下,下行血流有减少的倾向。结论:振动流对血流的分配率有一定影响,利用该系统,可能改变输送到目标脏器的血流量。

海洋平台输液管道振动流特性研究

该文研究了海洋平台输液管道振动流的行为特性。依据振荡流体力学基本原理 ,建立了输液管道非定常、不可压缩、粘性振动流的物理模型和数学模型。推导出了关于流场速度、压力系数的微分方程组 ,得到了不同条件下流动的速度和压力分布。结果表明流体诱发的海洋平台输液管道振动流的行为特性受管道结构形状及流体性质的影响。比较等截面管道的变分解和数值解 ,说明本文所选用的方法用于研究海洋平台输液管道振动流是有效的。

振动流化干燥床的应用

振动流化干燥床的应用李成波翟富勒张奇国家建材局咸阳陶瓷设计研究院中国建材技术装备总公司振动流化干燥床是近年来发展的新设备，适合于干燥颗粒太粗或太细，易粘结，不易流化的物料，如砂糖、粘土等，它已广泛应用于化工、医药、食品、塑料等行业。在国内陶瓷行业中，...

双自由度D形截面柱体流致振动的二维数值模拟

本文研究了D形截面柱体在顺流向和横流向两个自由度下的流致振动特性,迎流角为90°,质量比为2.6,雷诺数为370~3685,应用RANS方程采用SST k-ω湍流模型和Newmark-β法求解水流运动和柱体运动,入口流速采用匀加速法,检验了数值模型的网格和时间步长敏感性,并与相关文献的实验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性。基于计算结果,系统分析了D形截面柱体的振幅、振动频率、水动力系数、尾涡脱落模式,以及平均位置偏移情况。结果表明,双自由度D形截面柱体在约化速度为8~14的区间内表现为涡激振动-驰振模式,尾涡多为2S和S+2S交替脱落,双自由度振幅比单自由度有显著的增大。升力主要偏向截面的直线边一侧,且升力出现了多个倍频。横流向和顺流向平均偏移量最大都可达到一倍特征长度以上。

质量比对D形截面柱体流致振动的影响

利用涡激振动进行海流能收集的VIVACE装置是新能源领域的研究热点.应用FLUENT软件采用k-ωSST湍流模型和Newmark-β法,通过数值模拟探究了四个质量比(2,5,7和10)在迎流角90°下D形截面柱体的流致振动响应,系统分析了D形截面柱体在横流向上的振动幅值、频率、平衡位置偏移量、尾涡脱落模式以及能量转化效率.所模拟的雷诺数范围为288~2880,对应的约化速度为2~20.结果表明,质量比对D形截面柱体流致振动的影响明显,质量比会改变D形截面柱体流致振动的响应分支.质量比越大,D形截面柱体进入驰振对应的约化速度越低;质量比增大,D形截面柱体平衡位置偏移量相对减小.随着约化速度的增大,D形截面柱体出现了涡激振动、涡激振动-驰振及完全驰振等响应分支.在所模拟的范围内,D形截面柱体高能量转化效率出现在涡激振动分支,而不是在驰振分支;在质量比为10且约化速度为4.5时,一级能量转化效率达到最大值44%.相关研究可为VIVACE装置的振子选型提供参考.

柱体流激振动能量俘获理论与技术研究若干进展

潮流能分布广泛,且储量巨大,具备巨大的规模化开发利用价值.流激振动是一种常见的流固耦合现象,通过柱体流激振动能够在流速较低时实现有效的能量转换,基于柱体流激振动的能量俘获技术在未来具备广阔的工程应用前景.近年来,针对柱体结构流激振动特性和能量俘获性能,出现了大量的实验和数值仿真研究工作.文章全面阐述了多种截面形式的单个柱体、柱群结构流激振动能量俘获理论与技术方面的研究进展:对于单个圆柱流激振动能量俘获,目前已基本揭示了被动湍流控制器参数、系统阻尼、雷诺数和边界条件等因素对能量俘获性能的影响规律,基本完成了理论和技术积累;对于非圆截面柱体流激振动能量俘获,已初步明确特定来流攻角、系统质量比、系统阻尼、系统刚度和雷诺数条件下三角形、四边形、多边形与异形等多种截面形式柱体的流激振动作用机理和能量俘获能力;对于柱群的流激振动能量俘获,各柱体振子之间存在流场干涉,需要合理设计柱体排布形式、柱体间距和系统阻尼等参数,实现流体能量俘获最大化.通过综述国内外流激振动能量俘获理论和技术方面的研究进展,对今后该问题的研究进行了力所能及的展望,期望促进流激振动能量俘获理论的发展和流激振动能量转换装置的工程应用.

基于POD方法的EPR燃料棒流致振动特性分析

EPR(European pressurized reactor)燃料棒相比M310燃料棒的棒长更长,导致其频率降低、幅值增大,在冷却剂的作用下,会加剧格架与棒束之间微动磨损(grid-to-rod fretting,GTRF),进而造成放射性物质的泄漏.将EPR燃料棒简化为3D梁模型,将刚凸和弹簧对燃料棒的约束等效为弹性约束,将带格架的燃料棒简化为多跨连续简支梁模型,然后基于ANSYS-APDL建立了EPR燃料棒的有限元模型.阐述了湿模态分析和湍流激振响应分析的基本原理,整理了12个格架失效工况,系统地研究了格架失效对湿模态和湍流激振响应的影响.针对EPR燃料棒流致振动问题,提出了采用本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)原理分析EPR燃料棒流致振动特性的方法,通过对快照矩阵进行POD分解生成投影子空间,将湍流激振响应投影到子空间进行模型降阶,最后在物理空间快速地重构湍流激振响应.结果表明:格架失效会导致频率降低,且湍流激振响应的幅值会在格架失效处增大;当格架失效使得EPR燃料棒模型成为悬臂梁结构时,湍流激振响应最大;前2阶POD降阶模型基本能快速重构燃料棒的湍流激振响应,且误差非常小.文章的研究将有助于核反应堆工程的优化和设计.

基于LES的水工钢闸门流激振动数值模拟研究

针对钢闸门流激振动机制的复杂性以及钢闸门流激振动在工程实际中的多发性,以二维平板钢闸门为例,基于ADINA有限元分析软件,建立了不同开度的流场有限元模型和固体有限元模型,探究了不同开度时水工钢闸门动力响应规律,阐明了单、双向流固耦合作用下钢闸门动力响应差异,揭示了水工钢闸门流激振动机制。结果表明:1)随着开度的增大,流场不同位置处脉动压力逐渐减小,钢闸门附近旋涡脱落的频率逐渐降低;2)对于水工钢闸门而言,可以采用单向流固耦合代替双向流固耦合进行计算;3)水工钢闸门流激振动产生的机制主要是钢闸门周围旋涡脱落频率与钢闸门结构第一阶自振频率一致或相近,导致钢闸门发生了共振。

轴向柱塞泵非定常空化流激振动特性

针对轴向柱塞泵吸排油过程发生空化带来流体激振力大,甚至造成严重的局部气蚀破坏问题,使用用户自定义函数和动网格法对柱塞泵的动态运动过程进行模拟。通过柱塞泵空化流激振动特性实验,对比分析柱塞泵空化流激振动响应特征,获取轴向柱塞泵空化流动及其诱导振动的作用机理。结果表明:柱塞腔内气体体积分数随缸体转角变化呈周期性振荡,空化现象主要集中在泵的吸油区;当缸体转角处于吸排油交替区时,柱塞腔内压力场出现负压现象,气泡在流体射流的方向上扩散,形成明显的局部空化云;柱塞泵空化流激振动频谱与流体脉动载荷频谱重合,直接影响柱塞泵壳体振动的幅值,成为柱塞泵壳体振动响应的主要诱因。

对旋风机新形叶片流致振动特性

为了优化对旋风机的流致振动特性,以某对旋风机叶片为研究对象,通过修改翼型的方式来提出一种性能良好且具有减振功能的新形叶片。比较了两种对旋风机流场性能,采用模态分析法进行了两种叶片的共振预测,以叶片表面非定常压力脉动作为叶片所受流体激振力,采用模态叠加法计算了两种叶片监控点强迫振动响应特性。结果表明:新形叶片具有良好的气动性能,正风性能与原始风机相差不大,反风性能优于原始风机;额定转速下,一级新形叶片相较原始叶片频率余量提高了8.9%,运行更安全;新形叶片监控点振动加速度响应最大峰值均低于原始叶片,新形叶片具有良好的减振效果;相较于一级叶片监控点,二级叶片监控点处两种叶片总振动加速度级差值最大,新形叶片减振效果更明显,且最大差值约为10.83 dB。

轴流泵流致振动、机械激励及驱动端激振特性试验研究

为了建立多种激励源特性与轴流泵机体输出振动特性之间的关联性,针对轴流泵开展了流致振动、机械激励及驱动端激振特性试验研究,通过采集不同激励源的激励特性,并与机体输出振动特征进行频谱对比分析,获得流致振动、机械激励及电机驱动端激振所贡献的振动频谱及其变化规律。结果表明,机械激励的主要诱因为转子不对中与碰摩,振动频率特征主要集中于1倍转频;流致振动的主要诱因为泵动静干涉和周期性流动现象,振动频率特征主要集中于2倍转频、叶频及其高次谐波;电机驱动端激振的诱因为高频磁通,振动频率特征为900 Hz以上的高频振动;各激振源分别贡献不同频段、不同幅值的振动,并最终形成多激振源耦合形式的振动输出;流致振动和机械激励的激振幅值对转速表现出明显的敏感性,随着转速下降而迅速下降;电机驱动端激振幅值则随着分析位置与电机的距离增大而迅速衰减。研究结果可为后续的轴流泵减振降噪优化提供理论支撑。

组合三棱柱振子流致振动运动特性分析

以流致振动能量转换系统(flow induced motion energy conversion system,FIMECS)为基础,以截面形式和刚度为变量针对组合三棱柱振子进行试验,评估振幅、频率等指标。试验选取了组合三棱柱振子进行了模型试验,通过改变截面排布形式以及系统刚度来研究截面布局、刚度对组合三棱柱振子的影响。该研究旨在探究组合振子流致振动的最佳振动条件,为后续多振子流致振动研究扩展思路。试验结果表明:三种不同排布形式的组合振子,在不同刚度工况下都有较好的振动效果,Ⅰ型和Ⅲ型振子振动随流速变化表现为典型的涡激振动,Ⅰ型排布振子具有最好的振动表现。

基于SVD-TE的高拱坝泄流振动传递路径识别

针对泄流激励下高拱坝坝身振动机理不明确、振动传递路径复杂的问题,提出基于奇异值分解法和传递熵法的振动传递路径的识别方法。基于拉西瓦拱坝水弹性模型表深孔联合泄流工况的实测数据,开展拱坝振动传递路径的研究。首先,基于SVD算法对拉西瓦拱坝坝身测点振动位移数据降噪处理;然后,运用传递熵算法,根据测点振动信息探索高拱坝泄流振动的主要振动传递路径,并结合已有研究成果验证振动传递路径的准确性。研究结果表明:拉西瓦拱坝在表深孔联合泄流工况下,泄流荷载诱发的振动主要由泄流孔处垂向传递至坝顶,泄流孔向拱冠梁顶部的信息传递率为48.7%;水垫塘冲击荷载与涌浪荷载诱发的振动主要由坝肩向坝中部水平传递,坝肩向1/4和3/4拱冠处的信息传递率分别为32.33%和37.58%;泄流振动在坝体处的传递路径有3条:泄流孔→拱冠梁顶部→1/4(3/4)拱冠、泄流孔→1/4(3/4)拱冠、水垫塘→坝肩→1/4(3/4)拱冠。本研究成果可为高拱坝泄流振动传递路径提供理论依据,为类似工程的振动机理分析提供参考。

高产气井生产管柱非线性流致振动实验研究

三高气井生产管柱在高速流体冲击下容易发生剧烈振动,但目前关于此类流致振动的研究大多集中于理论模型和一些小型室内实验阶段。油气井生产管柱具有其独特性,超大的细长比决定了管柱的整体刚度极低,一般的小型实验系统很难模拟出这样的特点。该研究建立了一个大型生产管柱实验台架,用PE管模拟了一个具有超大细长比特征的油管柱模型,用以模拟生产管柱在高速流体冲击下的振动特性。实验结果表明:三高气井生产管柱在高速流体作用下会以某一固定频率发生振动,振动时管柱中间和底部位置的振幅最大;气体产量越大,管柱振动越剧烈;增加油管壁厚可以有效抑制油管的振动幅度,但不可以改变管柱的振动频率;封隔器安装位置过高或过低都不能起到较好的抑制振动的效果,单个封隔器安装在管柱8/10位置可以起到较好的抑制振动的效果。

一般边界条件下功能梯度板流激振动声辐射研究

为了研究嵌于无限大障板中的功能梯度板在湍流激励下的振动声学特性,基于湍流边界层壁面脉动压力互功率谱密度函数、切比雪夫谱方法、瑞利积分以及流体与结构耦合面的连续性条件,通过能量法建立了一般边界条件下功能梯度板的流激声振耦合模型。该模型能够精确预测功能梯度板在湍流激励下的振动及声辐射响应,与解析解和试验值的吻合验证了算法的准确性。对一般边界条件和梯度指数的研究表明:边界弹簧刚度较大时,功能梯度板在低频具有较低的流激声振响应,而高频时的辐射声压有所升高。随着梯度指数的增大,流激振动及其辐射声压的峰值频率逐渐增大,而峰值频率对应的响应值减小。

正方形布置四圆柱结构流致振动响应特性研究

通过风洞实验研究了正方形布置四圆柱的流致振动特性,实验雷诺数Re=3200~28900,圆柱间距比S/D=1.5~4.0(S为两圆柱圆心间距,D为圆柱直径),质量比m^(*)≈345.0.结果表明,当S/D≤2.0时,上游圆柱1和2呈现涡激振动和类弛振耦合响应,下游圆柱3和4呈现涡激共振和尾流弛振耦合响应;当S/D=2.5~3.0,上游圆柱1和2除了在约化速度超过一定值时存在弱振动外,基本接近单圆柱涡激振动响应,下游圆柱3和4表现为分离的涡激共振和尾流弛振响应;当S/D=4.0时,上游圆柱1和2振动响应几乎和单圆柱一样,而圆柱3和4仍呈现分离的涡激共振和尾流弛振响应.当圆柱呈现涡激振动(上游圆柱)或涡激共振(下游圆柱)时,涡脱频率f_(s)锁定于固有频率f_(n)的1倍谐频,而当圆柱呈现剧烈的类弛振响应(上游圆柱)或尾流弛振响应(下游圆柱)时,f_(s)则会出现明显的多倍谐频;圆柱模型振动频率f_(o)主频始终锁定于fn的1倍谐频.通过对比正方形四圆柱和双圆柱流致振动特性,发现双圆柱动力学响应规律在一定程度上仍适用于正方形布置四圆柱.

三峡大坝深孔工作闸门流激振动特性研究

为深入探究三峡大坝深孔弧形工作闸门运行时的流激振动特性,对其进行了原型观测研究。结果表明:在闸门启闭动态运行时,其动位移极值和加速度极值都相对较小,振动较小;在启门、停门瞬间,闸门的动位移极值和加速度极值都明显增大,振动较大;当闸门开度在0.6~0.7时,闸门发生了强迫振动;1号、12号深孔弧形闸门在运行时都不同程度受到了流激振动的影响,但都属于微小或中等振动,处于安全范围内。相关成果可供大坝安全运行管理及闸门设计制造参考。

POD和DMD方法对燃料棒流致振动特性的分析

燃料棒的流致振动是造成燃料失效和反应堆停堆的重要因素之一,研究其流致振动机理非常必要。本文建立了燃料棒的高保真有限元模型,基于ANSYS Batch和随机振动理论批量计算了不同支撑刚度下燃料棒的流致振动响应,并搭建了1个流致振动响应数据库。该数据库采用不同支撑刚度值来模拟和检查燃料棒可能遇到的情况。基于数据库组装快照矩阵,采用两种数据驱动方法(POD方法和DMD方法)搭建了1个高保真降阶模型(ROM),该ROM能够实现流致振动响应的快速重构。对比了POD方法和DMD方法重构燃料棒流致振动响应的效果以及各自的优点和缺点。研究发现:使用相同数量的模态重构燃料棒的流致振动响应时,POD方法的重构效果优于DMD方法;基于相同数量的模态重构时,刚度为1 N/mm的重构效果最差,这主要是因为刚度越小,频率越小,系统的振幅越大,需要更多数量的模态才能捕捉大幅振动带来的影响;DMD方法不仅能够高效地重构燃料棒的振动响应,还能够判断每个DMD模态的稳定性。

内外流耦合作用下柔性立管振动响应特性研究

柔性立管广泛应用于海洋油气等矿产资源的输送,在内部流体与外部海流的夹击下极易产生复杂的振动响应,一旦发生疲劳失效,就会造成严重的环境污染。在循环水槽中开展了单相内流与非线性剪切外流耦合作用下悬链线型柔性立管的振动响应测试,采用高速摄像非介入测试方法捕捉了悬链线型柔性立管的振动位移。通过改变非线性剪切外流的约化速度(U_(r)^(m)=3.55~44.69)和内流流速(u_(i)=0.674~1.651 m/s),分析了内流流速对柔性立管振动响应的影响规律,剖析了不同流动工况下平面外振幅、振频的时空响应特性及振动模态的演变。实验结果表明:与纯外流激发的涡激振动相比,内流的存在使柔性立管的振幅增大,且振动模态转换发生在更低的约化速度,随着内流流速的增大,相邻模态间发生模态转换的临界约化速度越来越低;在本实验测试工况下,当柔性立管在纯外流作用下发生锁频振动时,振动模态没有发生改变,而在外流涡激振动处于模态过渡区时,内流的输送易使高阶模态在更低的约化速度时出现。