两相流排气压力脉动的实验研究分析

本文对特种发动机一摆盘式发动机排气管内气液相流脉动状态进行了实验研究，概述了其实验过程，并对试验结果，典型图谱作了分析。其中，着重讨论了摆盘机排气系统的特点，冷却水对排气状态的影响，以及排气压力脉动与发动机振动和水下排气噪声的关系。     

加强形式对翼型结构流致振动的影响

作为水下航行器广泛应用的一种结构,翼型极易发生流动分离现象,进而诱发流致振动问题。本文基于统计能量法开展了加强形式对翼型结构流致振动的影响研究,通过建立NACA0012翼型SEA分析模型,探究中高频段翼梁、翼肋间距等对结构流致振动的影响。研究表明,采用翼梁和翼肋结构均可有效地降低翼型结构流致振动响应,在中高频段下,随翼梁和翼肋布置间距的增加,蒙皮子系统的平均振动速度级均有小幅的下降,但翼梁结构减振效果要略优于翼肋,且两者组合减振效果更为明显。     

船用板式换热器的脉动流强化换热研究

针对板式换热器效率低和易结垢等问题,采用脉动流强化板式换热器。利用数值模拟的方法对脉动流场下板式换热器通道内流体的流动和换热特性进行分析研究,并采用相关试验数据对数值模拟结果进行验证。研究结果表明：船用板式换热器的总传热系数随着质量流量的增加而增加,而强化换热因子则表现为先增加后减小的状态,各脉动频率下的强化换热因子均大于1.000,其最大值为1.258,这表明脉动流的加入有利于提高板式换热器的强化换热效果。同时,利用自主设计的试验台,将试验结果与模拟的努谢尔特数和压降进行对比分析,发现其表现出一致的规律性,最大偏差分别为12%和10.6%。研究结果可为脉动流强化换热的工程应用提供重要参考。     

基于流致振动的海流能发电技术及研究现状

海流能对增加能源来源、保护生态环境、应对气候变化、促进能源可持续发展等具有重要意义。我国沿海的该类能源流速较低,因此研发有效的低速海流发电装置成为该领域亟待解决的重要问题。基于流致振动的交替升力海流能发电技术具有很大潜力,对涡激振动与驰振的利用技术、流致振动海流能捕能系统的研究现状进行系统介绍,分析了当前研究的前沿技术及其可靠性,以及政策对流致振动商业化研究的影响,给出了未来研究的相关建议,为进一步研究基于流致振动的海流能发电技术提供参考。     

一种准零刚度采集器的宽频振动能回收特性分析

为了拓宽振动能量采集器的频率带宽,给出一个准零刚度振动能量采集器,研究了该采集器的收集性能.该采集器由两个倾斜的线性弹簧和一个竖直的线性弹簧组成,两个倾斜的弹簧具有snap-through型负刚度特性,竖直的弹簧为线性刚度.改变竖直弹簧的刚度,采集器在平衡位置具有准零刚度的特征.基于电磁感应现象,建立采集器的机电耦合控制方程,利用谐波平衡法,求解采集器的动力学响应.计算发现采集器的幅频响应曲线具有5个解的双跳跃现象,先向左弯曲的软特性,再向右弯曲的硬特性.通过和相应线性采集器比较,发现该采集器频率带宽可以增加3.56倍,比等效线性采集器增加2.87倍.讨论了采集器参数对频率带宽的影响,数值结果验证了近似解析方法的正确性,为振动能量采集器的设计提供了一个新方案,为振动能量采集技术的研究提供了理论支撑.     

隔振装置中振动能量流测量技术研究

振动能量流方法可用来查明振源，振动传播路径和传播振动能量的大小，进行机械振动诊断以及确定机械及管路减振装置的隔振效果。用能量流方法研究隔振效果更具科学性。准确测量隔振装置中的振动能量流对于隔振设计具有重要意义。根据国外近几十年来的研究成果，对其主要的测量方法进行分析研究。     

来流角度对方柱流致振动的影响

方形结构由于存在几何棱角,在来流作用下会发生复杂的振动响应,是流致振动能量收集的理想结构。本文针对方柱流致振动开展数值模拟研究,分析不同来流角度下柱体的流致振动类型,揭示截面几何特征、来流角度对柱体振动响应、流体力及相位变化、尾流结构的影响。研究结果表明,来流角度是影响方柱振动响应和振动模式的重要因素,当来流角度为0°时,方柱会产生驰振响应,尾流结构发生斜向偏移且周期内漩涡脱落丰富,导致柱体呈低频高幅振动;来流角度在15°≤θ≤30°时,方柱产生涡激振动与驰振耦合的振动响应,来流角度为45°时,方柱发生涡激振动响应;从能量俘获角度,控制来流角度使方柱发生驰振响应,从而实现大范围流速下的海洋能量汲取。     

能量脉动的概念及其测量

本文揭示了紊流的能量脉动的概念,并对其进行了测量,提出了对它的初步认识.     

弹性平板和覆在弹性平板上柔性层的流致振动

平板是舰船壳体的主要体现形式，平行于平板的水流诱发的流致振动被认为是流动噪声的起因之一，并因此提出了船用平板上覆以柔性层以降噪的问题。本文先以典型的两种来流速度情况用能量判明裸弹性平板流致振动的收敛性，在此基础上分析了覆在弹性平板上柔性层面临的流致振动问题。     

串列双圆柱流致振动数值模拟

基于开源程序OpenFOAM和动网格技术,利用切应力平衡法建立水流作用下的海上风电基础局部冲刷数学模型。通过模拟结果与实验数据的对比发现,所建立的冲刷数学模型能够合理反映圆柱型单桩基础周围的水流结构,冲刷深度与实验结果吻合较好。     

壳式管道管壁振动能量流的测量方法

本文通过推导壳体型管道管壁振强,求得用表面振动量描述的管壁能量表达式,借助差分法化解偏导数,采用时域内测量频域内等效计算的方法实现了管壁能量流的测量.     

圆柱绕流研究进展

对已有圆柱绕流阻力成果进行了系统归纳,总结了国内外对于单圆柱、横向排列圆柱、纵向排列圆柱以及圆柱群的研究现况,并根据现有成果建议了今后圆柱绕流的研究方向。     

螺旋桨空泡与脉动压力及振动特性研究

为了提高螺旋桨效率,在船舶螺旋桨设计中通常会增大桨叶梢部载荷。桨叶在旋转过程中不断地重复进入和退出船体尾流场,使得梢涡空泡容易发生猝发(bursting)现象;另外由于尺度效应的存在使得梢涡空泡在实船螺旋桨上比模型试验观测到的更为强烈,猝发现象更容易发生并且更为剧烈;当梢涡空泡猝发产生时将引起脉动压力高阶量或宽带谱的增大,从而引起相应的船体振动或严重的噪声。本文通过对3 600箱集装箱船实船螺旋桨梢涡空泡猝发现象与脉动压力、振动等特性关系的分析,研究了螺旋桨梢涡空泡猝发引起的脉动压力高阶量或宽带谱特性以及相应的振动等特性。结果表明:船体振动宽带谱特性与螺旋桨梢涡空泡的猝发有关;螺旋桨梢涡空泡猝发引起的船体振动高阶量特性比脉动压力高阶量更为强烈。     

多相流作用下水下刚性跨接管流致振动特性数值模拟方法研究

跨接管内一般为油、气、水混合的多相流动,目前多相流作用下的管道振动研究多为实验研究,运用计算结构力学CSD和计算流体力学CFD结合的流固耦合方法对多相流内流作用下的倒置U形跨接管流致振动问题进行研究,得到管道内的多相流分布和管道动力响应,可用于多相流内流作用下水下跨接管的设计及跨接管振动疲劳寿命分析。     

水下爆炸气泡脉动载荷影响因素分析

水下爆炸中的气泡脉动载荷是造成舰船总体毁伤的主要原因,气泡载荷的准确预报对舰船抗冲击设计研究具有重要意义。基于势流理论,建立考虑气泡迁移效应、自由表面效应的水下爆炸气泡脉动模型。通过不同药量和气泡沉深的算例,对迁移效应和自由表面效应这两种影响因素进行比较分析,详细讨论两种因素对气泡脉动的影响。最后,将气泡脉动载荷的数值计算结果与经验公式进行对比和验证,结果吻合良好。算例表明,考虑迁移效应、自由表面效应的气泡脉动模型可以对中场水下爆炸气泡脉动载荷提供较准确的预报。     

基于流固耦合的U型管流致振动数值分析

利用ANSYS＋CFX双向耦合的方法对换热器U型管的流致振动问题进行仿真分析。分别建立大涡模拟的流体控制方程和结构振动的控制方程,得到掠过U型管流体的升力系数、阻力系数曲线以及U型管振动加速度级谱线。分析表明,结构振动的主要频率成分在流体升力和阻力变化频率和结构本身的固有频率附近,可为工程实践提供参考,具有理论和实践价值。     

三维陷落腔脉动压力分布特性实验研究

文章针对均匀流场中三维深型陷落腔因流分离而产生的流激振荡问题开展了一系列的实验研究.在来流流速为0攻角时实验时的雷诺数变化范围:Re=1.55×105～8.74×105.实验中分别测量了三维深型陷落腔侧壁周向及垂向流体压力,分析了腔体内脉动压力周向、垂向的分布规律及腔口处剪切层自持振荡特性.实验结果表明:均匀流场中三维深型陷落腔内脉动压力分布较为复杂.在剪切层随边处的脉动压力最大,随边角点处脉动压力随相对高度的增加而陡降为0,但腔口导边及侧面处的脉动压力随相对高度增加而略有增大.剪切层自持振荡频率的无量纲数St数随Re变化为一常数值,但其值比气流场中二维陷落腔的St数略大.     

船用离心泵压力脉动与振动信号的相干分析研究

非定常流动是引起泵振动的主要因素之一,为了明确压力脉动与振动之间的关联关系,搭建了闭式实验系统,对一台船用离心泵进行压力脉动和振动的同步测量。基于快速傅里叶变换获得了各监测点压力脉动、基脚振动信号的频谱特性及功率谱特性;通过计算压力脉动信号与振动信号的相干函数,并通过比较不同测点的相干系数大小,分析了压力脉动对振动的贡献。结果表明,压力脉动与振动均在轴频、叶频及其高次谐波等离散频率下能量突出;不同频率下各测点的压力脉动对泵振动的影响存在差异,其中进口压力脉动在600-700Hz及900-1000Hz频段对振动影响最大;隔舌压力脉动在0-600Hz及700-900Hz频段对振动影响最大;出口压力脉动在轴频的高次谐波等个别频率处对振动有一定影响。相干分析可作为建立压力脉动与振动信号之间关联关系的一种有效手段,由此为进一步离心泵内部流场改善及减振提供参考。     

旋转式能量回收装置压力脉动特性分析

为了研究旋转式能量回收装置进出口处压力脉动的分布及频谱特性,采用非定常湍流模型对旋转式能量回收装置的不同工况进行数值模拟,分析不同工况下旋转式能量回收装置的压力脉动特性和装置内部流场分布,结果表明：旋转式能量回收装置转子与定子动静干涉是其产生压力脉动现象的重要原因,压力脉动会沿着流道传递至出口处,传递的过程中压力脉动的幅值会逐渐减小,转速和流量的提高都会增大压力脉动的幅值;压力脉动的主频与转子转频和孔道数的乘积有良好的对应关系,能量回收装置内部涡的产生频率与压力脉动的主要频率基本一致,而装置内部涡的产生是由转子与定子的动静干涉引起的。该研究有效揭示了旋转式能量回收装置压力脉动的特征和机理,对于装置压力脉动的利用和控制具有参考价值。     

流场中周期加肋圆柱壳振动能量流的实验研究

设计了周期加肋圆柱壳结构模型,对加肋圆柱壳受激振动的能量流进行了实验研究.分别对空气中和水下的周期加肋圆柱壳受外激励的输入能量流进行了测量.发现由于外流场的影响,水下输入能量流值总体要比空气中输入能量流值稍低,在频率相对较低时,理论结果和实验结果较为吻合,随着频率增高,由于杨氏模量和阻尼因子的变化,理论结果稍偏大.验证了理论推导和计算方法的正确性,可为此类结构的减振降噪设计提供参考.