错列双管涡激振动风洞实验研究

错列双管涡激振动风洞实验研究①

胡志康一鲁一丽一王一琳一杨翊仁

(西南交通大学力学与工程学院)

摘一要一针对横向流作用下换热器管束的涡激振动问题,采用低速回流式风洞对错列双管结构的涡激振动特性进行了实验研究,测量并分析了横向流作用下雷诺数和节径比对双圆管结构涡激振动特性的影响三实验中错列双管结构的水平距L/D范围为1.5~3.0,错位距H/D范围为0.00~0.75,风速U范围为0~18m/s三实验结果表明:在实验流速范围内,结构振幅先随流速的增加缓慢变化,流速达到临界值时振幅会突变增大,进入锁频区域,出现涡激共振现象三错列双管结构随水平距的增加,上游管尾流干扰对下游管柱的影响减弱三错位距较小时,下游管临界流速更小,锁频区间更宽三

关键词一换热器一双圆管结构一涡激振动一风洞实验一流固耦合

中图分类号一TQ051．5一一一文献标识码一A一一一文章编号一0254-6094(2018)06-0675-05

一一圆管结构广泛应用于核电站换热器二海洋平台支柱群及架空输运管道等实际工程中三流体流经圆管结构时产生边界层分离,形成周期性的旋涡脱落,当脱落频率接近结构自振频率时,会激发涡激振动[1],影响结构的稳定性和安全性,减少其工作寿命,严重时甚至会导致重大事故的发生三Zdravkovich M M对横向流中多圆管结构之间的涡激振动进行综述研究,指出由于存在扰流,双圆管结构的流致振动情况和受力现象都与单圆管结构的不同,且节径比和流速对圆管结构的振动特性影响很大[2]三Brika D和Laneville A研究发现,尾流干扰下的圆管结构会产生较大的振动,其程度取决于管径二间距比及雷诺数等参数[3]三Car-mo B S等通过数值仿真的方法研究了圆管结构的尾流驰振现象,发现圆管结构的振动响应情况取决于该结构是否浸入上游结构的涡流尾迹中[4]三王琳等采用了一种弹簧-质量块的等效二维模型对海洋立管疲劳寿命的影响因素进行了分析,为立管的疲劳寿命预测和振动抑制提供了参考[5]三多圆柱管束的涡激振动问题实际上可以分解为许多的双圆管单元,笔者建立了不同节径比的双圆管结构,测量并计算这些工况中风速对下游圆管结构振动响应的影响三

1一实验装置及方法

采用西南交通大学力学与工程学院实验中心的风洞实验平台开展相关实验,实验风洞为低速回流式风洞,其有效工作直径为1.2m,有效工作长度为3m,实验风速范围为2~40m/s,风洞收缩比5.4?1,速度场不均匀性小于0.1%,湍流度小于

0.4%三

振动加速度表示了振动中受到激励力的大小,还可代表振动能量随频率的分布情况,所以测量结构的振动加速度意义重大三笔者采用DASP 工程版动态数据采集系统和压电式加速度传感器,对涡激振动实验中时间-加速度的信号进行实时采集三数据采集过程中应注意,传感器的安装和连接线不能改变圆管模型本身的物理参数,同时应避免外界的电磁干扰[6],因此笔者将加速度传感器布置在管体结构内壁,以避免传感器对流场产生干扰三

为了研究弹性支撑圆管结构的振动特性,同时探究不同节径比对涡激振动响应的影响,建立

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第45卷一第6期一一一一一一一一一一一化一工一机一械一一一一一一一一一一一一

①基金项目:国家自然科学基金项目(11772273)三

作者简介:胡志康(1992-),硕士研究生,从事流固耦合动力学的研究三

通讯作者:王琳(1986-),讲师,从事流固耦合动力学的研究,piping@https://www.360docs.net/doc/d512354839.html,三

万方数据