水锤激励下的管道流固耦合振动模态分析

摘要

管道内液体流动参数随时间变化引起的管道振动,会导致管道共振、连接失效或断裂,对管路系统的稳定和安全运行产生巨大的危害.本文基于泊松流固耦合原理,建立流体动力学模型和管道运动模型,进行流固耦合受力分析和模态分析,研究了有无流固耦合存在时,输流管道振动模态的变化,以及入口速度、压强和壁厚对管道固有频率和阵型的影响.结果显示,考虑流固耦合时,管道的固有频率会增加,壁厚的增加可使管道固有频率减小,流体速度的增加可以减小流固耦合作用对结构的影响,压强增大会使管道固有频率增大.因此,流固耦合作用对管道固有频率的影响不可忽略;适当增加壁厚、减小流体速度、降低压强,可使管道的固有频率减小.高阶模态频率随壁厚、入口速度、压强的变化趋势,要大于低阶模态频率的变化趋势.