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基于同心圆柱结构的附加质量与流体阻尼特性研究

朱仕斌 艾华宁

朱仕斌, 艾华宁. 基于同心圆柱结构的附加质量与流体阻尼特性研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(5): 171-176. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0171
引用本文: 朱仕斌, 艾华宁. 基于同心圆柱结构的附加质量与流体阻尼特性研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(5): 171-176. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0171
Zhu Shibin, Ai Huaning. Study on Added Mass and Fluid Damping Characteristics Based on Concentric Cylindrical Structure[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(5): 171-176. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0171
Citation: Zhu Shibin, Ai Huaning. Study on Added Mass and Fluid Damping Characteristics Based on Concentric Cylindrical Structure[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(5): 171-176. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0171

基于同心圆柱结构的附加质量与流体阻尼特性研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0171
基金项目: 深圳市科技计划(KQTD20200820145821019)
详细信息
    作者简介:

    朱仕斌(1990—),男,硕士研究生,现主要从事反应堆流致振动方面的研究,E-mail: zhushibinair@163.com

  • 中图分类号: TL38

Study on Added Mass and Fluid Damping Characteristics Based on Concentric Cylindrical Structure

  • 摘要: 为深入探究附加质量与流体阻尼的内在特性,分析粘性与振幅对其的影响,进而为流致振动分析提供指导,本研究以同心结构圆柱为例建立基于计算流体动力学(CFD)的附加质量与流体阻尼预测方法,通过用户自定义函数(UDF)设定内圆运动方程,运用嵌套网格技术完成网格运动,从而实现流场的数值模拟。根据Bearman假设确定函数形状,通过最小二乘法拟合计算所得的流体力曲线,进而得到附加质量与流体阻尼,并对比粘性与无量纲振幅对结果的影响。计算分析结果表明:粘性不仅影响流体阻尼,也影响附加质量;无量纲振幅对附加质量影响甚微,对流体阻尼有明显影响;压差阻尼和粘性阻尼随无量纲振幅的增加而等比例增加,压差阻尼占比随直径比的减小而增加;引入无量纲振幅影响的修正公式解与数值计算结果具有较好的一致性。本文研究对优化现有流致振动分析方法具有重要的指导作用。

     

  • 图  1  同心圆柱几何模型示意图

    Figure  1.  Schematic Diagram of Concentric Cylinder Geometry

    图  2  D/d=2时同心圆柱结构网格示意图

    Figure  2.  Schematic Diagram of Concentric Cylinder Mesh (D/d=2)

    图  3  流体力振幅与相位差随网格总量变化曲线

    Figure  3.  Variation Curves of Fluid Force Amplitude and Phase Difference with the Total Mesh Quantity

    图  4  不同相位角下的速度云图

    Figure  4.  Contour of Velocity at Different Phase Angles

    图  5  不同直径比在A/d=0.1下流体力时程曲线

    Figure  5.  Fluid Force Curves with Time at A/d=0.1

    图  6  附加质量系数与流体阻尼系数随直径比变化图

    Figure  6.  Variation of Added Mass Coefficient and Fluid Damping Coefficient with Diameter Ratio

    图  7  压差/粘性阻尼系数随直径比和无量纲振幅变化的曲面图

    图中标记的数值为压差阻尼系数占比

    Figure  7.  Surface Diagram of Viscosity/Pressure Damping Coefficient with Diameter Ratio and Dimensionless Amplitude

    图  8  D/d=2时流体阻尼系数随无量纲振幅变化的曲线

    Figure  8.  Variation Curve of Fluid Damping Coefficient with Dimensionless Amplitude (D/d=2)

    图  9  不同无量纲振幅和直径比条件下的修正值与CFD计算值

    Figure  9.  Modified Values and CFD Calculated Values under Different Dimensionless Amplitude and Diameter Ratios

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出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-03
  • 修回日期:  2024-07-18
  • 刊出日期:  2024-10-14

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