真实流场中管束排列方式对流体诱导振动影响的研究

针对工程应用中流体诱导换热器管束振动破坏的情况,搭建实验平台通过加速度传感器测得真实流场下管束的振动加速度响应,并在Workbench15.0中采用双向流固耦合方法进行数值模拟。对比实验测得结果和数值模拟结果,分析不同排列方式和换热管数量的管束振动特性,发现正三角形排列比正方形排列管束更加稳定,更难发生流弹不稳定;外层横排管对其后第1排管束振动有促进作用,对其后第2排管束振动有抑制作用;沿着横流方向,后排管束振动受前排管抑制作用越来越大。对换热器的防振设计有一定的指导意义。     

流体诱发换热器管束弹性不稳定性的数值模拟

针对常规换热器频发的振动破坏现象,课题组基于动网格技术和双向流固耦合方法,建立了流体诱发管束振动的三维数值模型。采用数值模拟对实验难以获得的管束振动轨迹进行了补充;研究了管束发生流体弹性不稳定性时主振方向的变化;分析了管子位置的分布对振动的影响;探究了管束的排列方式和节径比对流体弹性不稳定性的影响。结果显示：流体弹性不稳定性先发生在曳力方向,后发生在升力方向;位于边缘的管子的振幅大于中间管子的振幅;在4种排列方式的管束中,发生流体弹性不稳定性从难到易依次为正方形、正三角形、转置正方形、转置正三角形;在一定的范围内,节径比越小,越易于发生流体弹性不稳定性。课题组对换热器管束在模拟方面的研究可对工程应用起到一定的指导作用。     

时变流体中悬臂梁的振动特性分析

基于N-S方程的近似解和欧拉-伯努利梁理论,建立了时变流固耦合系统的运动方程,对悬臂梁振动的频率和阻尼特性进行了分析,并通过纽马克-β法求解了悬臂梁的瞬态响应。结果表明：流体的运动会引发附加质量、附加阻尼和附加刚度,改变系统的频率和阻尼;其对悬臂梁振动特性的影响随流体流动速度、动力黏度、浸没深度和梁宽度的增加而增大;流体下降时会导致负阻尼,对结构产生不利影响。     

U形管内浆体输送特性研究

为了探究通过U形管路输送不同质量分数颗粒的浆体流变特性,课题组对其内部流场进行了研究。通过计算流体动力学软件FLUENT对水平U形管内浆体的流动进行了数值模拟,获得了入口段、出口段及弯头等5个截面处颗粒的速度和体积分数分布情况,并且通过计算分析了速度、颗粒质量分数和管径对弯管压降的影响。研究结果表明：在弯头处二次流的存在,导致弯头局部流动情况变得复杂,使得截面内侧颗粒体积分数高于外侧;管道沿线的压降受流速和颗粒质量分数的影响很大,随着颗粒质量分数的增加,剪切应力和剪切黏度的增加导致压降增大。课题组的研究有助于了解颗粒质量分数和流速对浆体流变的影响。     

H形鳍片管束传热与阻力特性实验研究

为实现H形鳍片管束的性能与结构的优化设计，在对H形鳍片管束的传热机理进行分析的基础上，对优化结构的H形鳍片管束的传热与阻力特性进行了模化实验研究，并将实验结果与有关方法的计算结果进行了比较，为H形鳍片管束的设计提供了可靠的依据．     

管壳式换热器管束动力特性研究

针对工程应用中换热器由于振动而产生破坏的情况,采用流固耦合分析方法,模拟了单根换热管共振特性,并结合GB/T 151—2014《热交换器》中的计算公式对ANSYS计算结果进行了验证。此外,通过有限元软件ANSYS进一步分析了换热管数量对换热器管束共振频率的影响。仿真 结果表明：随着换热管数目的增加,管束频率带宽将增大,其下限逐渐减小,上限将逐渐增大。该研究对换热器的防振设计有一定的参考意义。     

空气冷却器脉动流诱导管束振动的研究

为探究脉动流对空气冷却器内部管束振动的影响,以空冷器轴侧截面为研究对象,建立二维流场数学模型,借助FLUENT软件模拟流场在一个周期内速度和压力的变化趋势,通过用户自定义函数(UDF)改变入口速度方程中激励频率的大小,分析其对管束升、阻力系数的影响,进一步探究管束沿X和Y方向的幅值变化及其运动轨迹。结果表明：不同激励频率下脉动流对换热管升力、阻力系数的频率及幅值均有一定影响;激励频率为80 Hz时,换热管沿X和Y方向的振幅均明显高于其他激励频率工况。因此,在实际生产中,应避免结构频率与脉动流频率范围相接近。     

空气冷却器单管动力特性与数值模拟研究

为研究空气冷却器换热管的振动特性,将内部充满液体的单根换热管作为研究对象,基于流固耦合方法,借助有限元分析软件ANSYS模拟单根换热管在支撑板约束条件下的动力特性,改变支撑板个数及厚度,分析不同结构参数对换热管共振频率的影响。结果表明：同一换热管上设置支撑板数越多,其固有频率越高;跨管数为m的换热管每2m阶固有频率形成一个频率带;支撑板厚度对高阶固有频率及支撑板数较多的换热管固有频率影响较大。因此,可以通过设置支撑板个数及厚度等参数来提高换热管固有频率,降低设备出现故障的几率。     

波轮式洗衣机悬挂结构力学特性研究

针对目前波轮式洗衣机设计过程中,吊杆悬挂点高度的确定缺乏系统性讨论,课题组进行了相关力学特性研究并提出了吊杆悬挂点高度确定方法。求解洗衣机各类刚体动能表达式、总势能与广义悬挂力,应用Lagrange方程建立系统振动模型;基于MATLAB中建立的仿真模型,针对洗涤状态,分析吊杆悬挂点高度对弹簧压缩量、吊杆倾斜角等方面影响,确定了悬挂点最大高度;针对脱水状态,分析吊杆悬挂点高度对盛水桶上下振幅、临界频率等方面影响,确定了悬挂点最小高度。结果表明：通过对洗衣机不同工作状态的力学特性分析,可确定吊杆悬挂点高度选取范围。课题组的研究可快速确定吊杆悬挂点高度区间,提高设计效率。     

锭尖表面涂层对高速锭子振动特性的影响研究

锭子高速运转时,锭尖表面微观形貌的不规整及润滑状态欠佳都会导致振动幅度过大,进而引起锭子失稳和磨损失效。以YD4211FA型高速锭子为研究对象,利用多功能锭子检测试验台,研究锭尖表面涂层及润滑状态对其振动特性的影响规律。结果表明：自润滑涂层的添加使锭尖表面由原来不规则沟壑结构变为纵向规律性排布,摩擦因数及黏连系数减小,约束轴承润滑更充分,流体漩涡现象削弱,振动特性显著提升;且采用2 mL锭子油润滑的锭子相较于4 mL的具有更小的振幅及更优异的稳定性。     

基于刚柔耦合模型的动车组齿轮箱箱体振动特性研究

以国内某型动车组齿轮箱为研究对象,着重研究箱体的振动特性。首先在SolidWorks软件中建立齿轮箱整体结构的三维模型,然后利用ANSYS软件将箱体柔性化,最后在ADAMS软件中建立齿轮系统刚性且箱体柔性的刚柔耦合模型,分析箱体在内部激励下的振动特性。研究结果表明,箱体不同部位的振动特性不同,振动位移较为明显的区域在上箱体顶端和上箱体大齿轮轴承座处,振动速度较为显著的区域在小齿轮轴承座和下箱体大齿轮轴承座处,振动加速度较为突出的区域在小齿轮轴承座和上箱体观察口处。以上研究方法与结论,能够为动车组齿轮箱箱体的结构优化和健康监测提供相应参考。