内装砂/水混合液圆柱壳的耦联振动分析及耦联系统的固有频率计算

摘要

石油行业用到的除砂筒在使用过程中，壳体内部充满了砂/水混合液体，砂粒将逐渐下沉而水将溢出圆筒。随着工作过程的发展，圆筒底部沉积的砂层将越来越高，最终使得除砂筒不能再工作，因此，需要及时将圆柱壳中的砂层清除干净。然而由于环境的限制，人们无法从外部直接观察到壳内砂层的高度。于是，我们提出了通过测量内装砂/水混合液圆柱壳的固有频率改变量，反推壳体内部砂层的高度这一简洁可行方法，通过对砂/水混合液与圆柱壳的耦合振动分析，得到系统固有频率改变量与砂层高度的关系，从而实现对砂层高度的实时预测。本文的主要研究成果有：
　　1、将圆筒内的砂/水混合液模拟成砂层和水层两种介质，建立了它们与圆柱壳体耦合振动的动力学模型，详细分析了砂层高度对耦联系统固有频率和模态振型的影响特征，得到了系统固有频率随砂层高度增加而逐渐降低的变化规律。
　　2、考虑到砂层与水层间存在中间过渡层，过渡层内的混合液密度恒定、线性变化，建立了三层流体介质与圆柱壳耦合振动的动力学模型，求解了各区的流场及压力分布解，得到了中间层厚度对系统固有频率的影响规律。
　　总之，本文深入开展了砂层高度对内装多层流体介质的圆柱壳的振动特征研究，得到了耦联系统固有频率随砂层高度的变化规律，所得结果对石油系统除砂筒的设计和科学应用具有重要的指导意义。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究进展

1.3相关理论研究

1.4本文研究主要内容

2 真空、充液圆柱壳的自由振动特性

2.1模型的建立

2.2问题的描述

2.3真空中圆柱壳自由振动公式的推导及问题的求解

2.4充液圆柱壳自由振动公式的推导与问题的求解

2.5数值计算与结果分析

2.6圆柱壳内、外部域均有流体时系统固有频率计算

2.7本章小结

3 内装砂/水混合液圆柱壳的振动分析

3.1问题的描述

3.2公式的推导及问题的求解

3.3数值计算与结果分析

3.4本章小结

4 中间过渡层厚度对系统固有频率的影响

4.1问题的描述

4.2中间层密度恒定公式的推导与问题的求解

4.3数值计算与结果分析

4.4中间层密度线性变化公式的推导与问题的求解

4.5数值计算与结果分析

4.6本章小结

5 结论与展望

5.1主要研究结论

5.2思考与展望

致谢

参考文献