振动Couette流稀薄效应的直接模拟Monte Carlo方法

以不稳定直接模拟Monte Carlo方法(DSMC)对以时间周期振动的Couette流作出特征参数方面的研究。计算以Knudsen(Kn)and Stokes(β)数为特征函数。另外,本文以适用于振动Couette流自由分子流动区的线性无碰撞Boltzm ann方程导出解析方法,并且利用它验证了在自由分子流动区的DSMC结果。

“圆-三角-附板”截面振子的流致振动试验研究

通过试验方法对“圆-三角-附板”截面振子的流致振动进行研究,分析了高宽比、系统阻尼比对振动的影响,并使用粒子图像测速技术对典型工况进行尾流拍摄,分析“圆-三角-附板”截面振子的尾流演化规律,为流致振动发电振子设计提供参考。主要结论如下:振动强度随着系统阻尼比提高而减弱;随着截面高宽比的增大,振子发生驰振的能力增强,而最大振幅比和频率比均降低;随着高宽比的增大,旋涡的涡量增加,尺度增长,振子受力面积变大,旋涡附着现象更加明显,振子受力效果更好;随着振子高宽比的增大,正向旋涡发育和脱落的时间比反向旋涡更长。

白鹤滩导流底孔弧形工作闸门流激振动原型观测研究

白鹤滩导流底孔工作弧门设计水头120 m,在电站蓄水期间,随着上游水位的不断升高,工作弧门局部开启运行时承受的水压力荷载也不断增大,因此在高水头运行条件下底孔工作弧门局开运行可能存在流激振动问题。为确保蓄水期间底孔工作弧门局开运行的安全,选取白鹤滩水电站#6导流洞工作弧门在715.0-733.0 m水位之间(闸门工作水头在85.0-103.0 m之间)局部开启运行条件下,现场观测底孔工作弧门运行期间门体不同部位振动情况,分析了导流底孔运行过程中出现的异响及边墙破坏情况,得出高速水流诱发门后边墙的空蚀破坏问题不容忽视。根据观测结果及时做出预警,对类似工程工作弧门和导流底孔的运行管理具有一定的参考价值。

纳米限域Couette流边界气泡减阻机理

气泡减阻技术对于提高水下航行器推进效率,降低航行过程中的综合能耗具有重要意义.本文采用分子动力学方法研究了气-液两相Couette流在平行壁板纳米通道内的流动特性和气泡边界减阻特性,分析了表面润湿性、壁面粗糙度和气体浓度对边界滑移速度和减阻效果的影响规律.研究结果表明:气泡减阻效果随边界滑移速度的增大而增强;在气-液两相流动区域,随着剪切速度的增大,边界吸附气泡的横向变形和边界滑移速度增大,边界气泡减阻效果增强.固-气相互作用强度和气体浓度增大均导致气体原子在近壁面的富集现象增强,提高了壁面上气泡的铺展特性,从而增大了固-液界面滑移速度.壁面粗糙度会改变气泡的铺展特性,影响边界滑移速度,进而改变流固界面减阻效果;随着肋高的增大,气体原子在肋条间凹槽中聚集,肋条上表面气体原子吸附量减少,导致固-液界面边界滑移速度减小,并最终降低了减阻效果.研究结果将对大型舰船和水下航行器边界减阻技术提供重要理论指导.

超超临界汽轮机组汽流力对振动影响的分析及试验研究

针对某型1000 MW超超临界汽轮机组1号轴承不稳定振动现象,通过试验观察主汽温偏差、汽缸偏移量、轴心位置等与振动波动之间的关联性。建立了汽流力计算模型,研究了不同工况下汽流力及其影响因素。结果表明:高压缸两侧主汽温偏差导致汽轮机级内周向做功不均匀,产生非均衡汽流力;主汽温偏差还会导致汽缸与转子产生偏移,进一步增大汽流力;主汽温偏差越大,汽流力越大;汽流力作用到转子上,改变了轴承载荷,引发不稳定振动;调节主汽温偏差可以消除机组不稳定振动。

输流直、弯组合管的流体诱发振动分析

基于“以直代曲”的思路,提出在输流直管的流固耦合振动微分方程中直接引入稳态组合张力来描述直、弯组合管的横向运动。以固定‐弹性支承式组合管为例,利用基于Laplace变换的新传递矩阵法推导了求解系统固有频率的特征方程,研究了系统的固有频率及临界流速等振动特性,过程中着重考察了稳态组合张力、流动模型修正因子、系统组成等因素对振动特性的影响。提出了“伪模态耦合发散”的概念,发现对于稳态组合张力,不同的取值方式会得到不同的临界流速;系统组成的变化会导致系统的稳定性呈现较大的差异。利用“以曲代直”的思路建立了组合管的振动微分方程,经验证,上述两种思路的计算结果一致。

振动能量采集型磁流变阻尼器优化设计及性能分析

自供电状态下振动能量采集型磁流变阻尼器阻尼性能较差,需要对其进行优化设计与性能分析。通过对峰值感应电压、功率密度以及自供电电流的分析计算得出比较系数,以此为指标选取发电装置各关键尺寸;然后在自供电状态下,采用多目标优化算法对减振装置活塞头尺寸及阻尼间隙宽度进行寻优;最后对优化前后的装置进行仿真分析与对比。结果表明,优化后装置的发电性能及其在自供电状态下的阻尼性能均有明显提升;在频率为4 Hz、幅值为10 mm的振动激励下,优化后峰值感应电压提高30%,输出阻尼力提高8.7%,自供电电流强度提高20%,对应的阻尼力提高17%。

矿井提升系统纵向振动的磁流变阻尼器减振悬挂装置设计

为抑制矿井提升系统的纵向振动,设计了一种基于磁流变阻尼器的纵向振动减振悬挂装置。首先,建立了磁流变阻尼器力学模型,并对减振悬挂阻尼器进行了结构设计和磁路设计。其次,基于多物理场仿真软件COMSOL建立了磁流变阻尼器的多物理场耦合模型,在电磁场、流场的流-固耦合环境下分析了内部磁场、流场和压力分布状况,验证了机械结构和磁路分布设计的合理性。然后,通过耦合电磁场、流场和力场的动力学仿真,得到了磁流变阻尼器在正弦激励下的阻尼力F与位移x、频率f、振幅A、电流I和阻尼可调系数β之间的关系特性;仿真结果表明,在工作电流为0~1.4 A时,所设计阻尼器的最大阻尼力为4 993 N,最大阻尼可调系数为9.97。最后,试制样机验证了所设计的磁流变阻尼器可为减振悬挂装置提供所需的阻尼力,实现矿井提升系统纵向振动的抑制。

励磁涌流引起换流变瓦斯继电器误动的振动及油流特性研究

在实际直流输电工程中,换流变压器在空载合闸时产生的励磁涌流导致其瓦斯继电器误动的事故频发,由于对励磁涌流下换流变压器振动及其油流特性的研究不足、故障机理不明确,瓦斯继电器误动等事故时有发生。为此,本文以某实际换流站中换流变压器网侧绕组空载合闸为例,搭建换流变压器励磁涌流电磁暂态模型,分析不同剩磁及合闸角下的换流变压器励磁涌流波形;搭建换流变压器电磁-力-流耦合的有限元模型,研究涌流作用下换流变压器的振动特性,箱体及油管内油流压强及流速特性。研究成果可为换流变压器瓦斯继电器在励磁涌流下的误动故障机理的分析提供有效参考。

可调压可视化微间隙Couette流变仪的研究及应用

采用精密的机械加工和独特的气动旋转密封技术,研制出可调压可视化微间隙Couette流变仪。外圆筒旋转内圆筒静止的特点,使该流变仪能产生剪切速率高达105/s数量级稳定的纯剪切流。利用商业旋转流变仪,测量试验用中、低粘度硅油在低剪切速率和不同温度下的粘度,应用粘温关系,推算出高剪切速率下粘性热使粘度下降的量,其值与微间隙Couette流变仪的测量结果较为吻合。在一定的切应力下,观察到淡水和中低粘度硅油在微间隙中发生剪切空化的现象,发现剪切空化的发生还强烈依赖于流体中气体的相对溶解量。

Couette-Taylor-Poiseuille流的数值模拟

对中等半径比同心旋转圆柱间Couette-Taylor-Poiseu ille流进行了数值计算,并与已有的实验数据进行比较以获得流场的更多信息。结果表明,数值计算与实验结果吻合较好,依次再现了层流涡、波动涡、非波动螺旋涡以及波动螺旋涡;轴流可以起到稳定流场的作用,轴流存在时,流场转捩的临界泰勒数Ta值会变大,涡胞变小,涡心不再位于轴间隙的中间,从左向右的轴流比较明显,交替指向内轴和外轴,并缠绕在涡胞的周围;除去平均轴流速度后,速度矢量场显示出不同的涡形,形状与相同Ta时的涡胞基本相同;在不同的泰勒数Ta和雷诺数Re下,涡心的轴向传播速度约为平均轴向流速的1.17倍,相传播速度约为内筒转速的0.42倍。

Couette流和空腔粘性流的格子Boltzmann方法模拟

采用 13速六方格子Boltzmann方法研究Couette流和空腔粘性流 ,模拟了在Pr =0 91,Re =10 0 ,5 0 0 0 ,及Pr =0 91,1,1 2 5而Re =30 0 0情况下Couette流流场的速度、温度分布 ,研究了热输运过程 ;同时用该模型模拟了高雷诺数的空腔粘性流流场演化稳定后 ,形成的涡旋的形状及腔内温度分布情况。

一种新的Couette流变仪的精度校核

利用新研制的外筒旋转可调压可视化Couette流变仪,开展了强剪切流的空化试验,发现剪切力矩及瞬态温度对剪切空化的影响非常明显。通过传感器温度阶跃响应试验数据,求得温度传感器在静止液体内受阶跃温度变化时的表面传热系数。采用柱坐标系,基于试验获得的纯剪切力矩和瞬态传热微分方程,由数值计算方法求出不同时刻强剪切Couette流的瞬态温度,理论计算值与试验结果较为吻合,表明新的外筒旋转可调压可视Couette流变仪获得的纯剪切力矩和瞬态温度的准确性,以及间隙的均匀性。利用文献[9]的初步估算方法,也可求出强剪切Couette流的温度变化值。对比分析结果表明,所提方法校核精度高且适用范围广。

磁流变弹性体及其振动控制应用综述

磁流变弹性体是将磁性颗粒(微米级)分散到聚合物弹性体中制备而成的一种磁控智能材料,其不仅拥有颗粒增强复合材料的优异力学特性,还具备迅速、连续且可逆的磁控特性,在智能传感、电磁屏蔽及缓冲减振等领域具有广泛的前景。为了促进磁流变弹性体及其振动控制技术的发展,综述了磁流变弹性体的材料组成,制备方法。总结了磁流变弹性体在振动控制领域的应用现状及对应用前景进行了展望。

均匀流下水下机械臂涡激振动试验研究

为了揭示均匀流下水下机械臂的涡激振动响应特性,利用运动水下机械臂与静水间的相对运动,搭建了水下机械臂均匀流场涡激振动测试试验台,采集了不同约化速度下水下机械臂不同位置处的振动位移响应.试验结果表明:随着约化速度的增加,振动主频与无量纲振幅均为增长的趋势,横流向无量纲振幅小于0.04D,顺流向出现显著的多频以及更高的幅值,表明水下机械臂在顺流向受到的阻力更加明显.位移标准差随测试高度的增加先增后减,横流向位移标准差空间分布相较于顺流向对称性明显,主导模态控制在1阶.横流向的涡激振动规律性较强,基本符合圆柱绕流时的斯托哈尔规律.顺流向无因次主导频率在0.3~0.8之间,略大于横流向,斯托哈尔数为横流向工况的1~1.7倍,未出现频率锁定现象,但流速及测试高度对水下机械臂的涡激振动存在一定影响.该研究可为构建准确的水动力学模型保证水下机械臂的精准定位与控制提供一定的理论依据.

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。

同轴旋转圆筒间Taylor-Couette流场的PIV测量实例

运用PIV技术测量了Taylor-Couette涡发生器的环隙横截面速度场、环隙子午面速度场;分析了旋转圆筒间流体在不同操作条件下的流动形态以及速度分布规律,探讨了实验条件下泰勒数与各种含涡流场的关系.得到不同转动速度下环隙横截面、环隙子午面的流场特征,进而了解环隙流体的空间运动方式.实验表明:内筒转速越高,圆周运动切向速度越大,环隙中各点的轴向速度和径向速度值都在增大;随着内筒转速增大,涡旋的数量先分离增多,而后又趋于合并减少,Taylor涡的完整性也发生变化,相邻涡之间相互影响,产生了非闭合涡.

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.

平行平板间Couette流起动过程的运算微积解

求解平行平板间Couette流的起动过程通常使用分离变量法,得到的速度分布在平板间距趋于无穷时难以逼近Stokes第一问题的解,而两者在物理上却是完全一致的。本文利用运算微积法和Heaviside算子进行求解,不但解决了这一问题,而且具有运算简单的特点。

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.