基于雷諾數相似的圓柱體渦激振動試驗方法技術

本發明專利技術公開了一種基于雷諾數相似的圓柱體渦激振動試驗方法，包括以下步驟：1、首先根據試驗水池或水槽的幾何尺寸和流速條件，確定模型的幾何相似比Sl；2、按照式(1)的頻率相似比設計模型；3、采用式(2)的速度相似比根據原型的流速確定試驗流速，并進行渦激振動試驗；4、對試驗結果進行分析得到模型的振動位移、速度和加速度；5、根據式(3)的位移相似比計算原型的渦激振動位移響應；Sd＝Sl?(3)6、根據式(4)的速度相似比計算原型的渦激振動速度響應；7、根據式(5)的加速度相似比計算原型的渦激振動加速度響應；從而可求得原型的渦激振動響應。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及結構的水動力試驗方法，尤其涉及一種。
技術介紹
結構的水動力試驗是目前尚未很好解決的問題，主要是試驗用的液體不滿足相似關系，通常只能采用水作為試驗液體，即結構是縮尺模型，而試驗液體為原型流體。因此，目前的水動力試驗只能做到弗汝德數相似，即重力相似，而不能做到雷諾數相似。這是多年困擾科學及工程界的一大難題，久而久之，人們已習慣于弗汝德數相似的水動力試驗，往往依據這樣的試驗結果來預測原型的水動力性能。這也是目前最好的解決方法，但是對于圓柱體的渦激振動，這卻是一個多年來的錯誤做法。因為，渦激振動是由圓柱體尾流處的渦旋泄放引起的振動，而渦漩泄放的模式完全取決于雷諾數的大小，因此，不同的雷諾數條件下，圓柱體的渦激振動響應也有較大的區別。此外，圓柱體的渦激振動還與約化速度有關，不同的約化速度下，圓柱體的渦激振動響應差別更大。因此，要通過模型試驗來預測原型結構的渦激振動響應特征，必須保證雷諾數和約化速度都相似。而目前的試驗方法，雷諾數和約化速度均不相似。導致試驗結果與原型之間不僅不相似，而且沒有可比性，即模型試驗現象和結果并不是原型在相應條件(按弗汝德數相似得到的原型條件)下的渦激振動響應。渦激振動的主要參數是圓柱體的直徑、流速和圓柱體的剛度，因此，模型試驗的相似比取決于圓柱體的直徑，即幾何相似比，該直徑是根據試驗條件來確定的，試驗條件包括水池(槽)的大小及水深、能產生的流速范圍等。通常，水池(槽)的長度是自然滿足的，限制模型大小的是水池(槽)的寬度。應保證圓柱體與水池(槽)的側壁有足夠的空間使流體流過時不產生邊界效應，一般應大于十倍的圓柱體直徑。由于模型比原型的尺寸小，因此，如果要滿足相似關系，則應根據相似原理選擇黏度相似的流體，設原型與模型的幾何相似比為S1,則滿足雷諾數相似的流體黏度相似比應為叉=片/2，因此，如果原型流體是水，當進行I : 10的模型試驗時，試驗流體的運動黏度應為31. 62X 10_6m2/S，在這樣的條件下，試驗流速的相似比為又=貧\即原型水的流速為2m時，試驗流體的流速應為O. 63m,而水的流速為O. 5m時，試驗流體的流速應為O. 016m。遺憾的是，一般情況下，找不到合適的流體來滿足雷諾數相似，或即便在特定條件下有滿足雷諾數相似的流體，但由于成本(用量大)原因也無法采用。因此，目前國內外的水動力試驗全部采用水作為試驗流體，即原型流體與模型流體的運動黏度相似比為1，而其它相似關系仍采用重力相似或弗汝德數相似，從而導致雷諾數(Re)不相似，即c e cV2 ο+ = =雷諾數無量綱，因此，相似比應等于I。)。對于波浪I試驗，由于波浪是重力波，因此，保證重力相似是基本條件。此外，波浪荷載與雷諾數無關，因此，雷諾數不相似對于波浪試驗的相似性問題影響較小。但是渦激振動試驗與波浪試驗正好相反，渦旋泄放模式取決于雷諾數而與重力無關，因此，雷諾數不相似將導致模型與原型的渦泄模式不同，而圓柱體的渦激振動響應取決于渦泄模式，不同的渦泄模式將激起不同的渦激振動響應。因此，渦激振動試驗應保證雷諾數相似。與本專利技術最相近的解決方案就是以弗汝德數相似為基礎的試驗，模型與原型并不相似，不僅數值大小不相似，振動模式也不相似。現有技術的缺點I)模型與原型的渦泄模式不同，因此，振動響應的性質不同。2)模型與原型不相似，包括荷載頻率和幅值大小、圓柱體響應的頻率和大小均不相似。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種。目的在于提出正確的模型與原型渦激振動相似關系，由此建立。為了解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是一種，包括以下步驟該方法是在保證雷諾數相似的條件下= = I，進行模型和試驗設計；式中SKe為雷諾數相似比，Su為速度相似比，S1為幾何相似比，Sv為流體的運動黏度相似比，當試驗流體與原型流體相同時，則Sv = I ;這時流速相似比為 (I)首先根據試驗水池或水槽的條件，確定模型的幾何相似比S1 ;確定幾何相似比除水池或水槽的幾何尺寸外(公知技術)，還應考慮水池或水槽所具有的造流能力；因為，現有試驗方法采用的流速相似比(Su=S]11)是基于弗汝德數相似得到的，試驗流速小于原型流速，如幾何相似比為4，則試驗流速只有原型流速的二分之一；而本專利技術的流速相似比為又=+，因此，當幾何相似比為4時，試驗流速為原型流速的4倍，因此，確定幾何相似比必須考慮水池或水槽所能達到的最大流速；(2)根據幾何相似比S1和頻率相似比Sf的關系七設計模型(非公知技術);(3)基于流速相似比& =|，根據原型的流速確定模型的試驗流速，并進行試驗(非公知技術)；(4)對試驗結果進行分析得到模型的渦激振動位移、速度和加速度響應(公知技術)；(5)根據位移相似比Sd = S1，計算原型的渦激振動位移響應(公知技術);式中Sd為位移相似比；(6)根據速度相似比又=備，計算原型的渦激振動速度響應(非公知技術)；4(7)根據加速度相似比權利要求1.一種，其特征在于，包括以下步驟 該方法是在保證雷諾數相似的條件下= = I，進行模型和試驗設計；式中=Slte為雷諾數相似比，Su為速度相似比，S1為幾何相似比，Sv為流體的運動黏度相似比，當試驗流體與原型流體相同時，Sv = I ；(I)首先根據試驗水池或水槽的條件，確定模型的幾何相似比SI ;確定幾何相似比除水池或水槽的幾何尺寸外，還應考慮水池或水槽所具有的造流能力；全文摘要本專利技術公開了一種，包括以下步驟1、首先根據試驗水池或水槽的幾何尺寸和流速條件，確定模型的幾何相似比Sl；2、按照式(1)的頻率相似比設計模型；3、采用式(2)的速度相似比根據原型的流速確定試驗流速，并進行渦激振動試驗；4、對試驗結果進行分析得到模型的振動位移、速度和加速度；5、根據式(3)的位移相似比計算原型的渦激振動位移響應；Sd＝Sl (3)6、根據式(4)的速度相似比計算原型的渦激振動速度響應；7、根據式(5)的加速度相似比計算原型的渦激振動加速度響應；從而可求得原型的渦激振動響應。文檔編號G01M7/02GK102944372SQ20121047855公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月13日 優先權日2012年11月13日專利技術者黃維平, 周陽, 鐘詩民, 梁鵬 申請人:中國海洋大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于雷諾數相似的圓柱體渦激振動試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：該方法是在保證雷諾數相似的條件下：進行模型和試驗設計；式中：SRe為雷諾數相似比，Su為速度相似比，Sl為幾何相似比，Sv為流體的運動黏度相似比，當試驗流體與原型流體相同時，Sv＝1；(1)首先根據試驗水池或水槽的條件，確定模型的幾何相似比Sl；確定幾何相似比除水池或水槽的幾何尺寸外，還應考慮水池或水槽所具有的造流能力；(2)根據幾何相似比Sl和頻率相似比Sf的關系設計模型；(3)基于流速相似比根據原型的流速確定模型的試驗流速，并進行渦激振動試驗；(4)對試驗結果進行分析得到模型的渦激振動位移、速度和加速度響應；(5)根據位移相似比Sd＝Sl，計算原型的渦激振動位移響應；式中：Sd為位移相似比；(6)根據速度相似比計算原型的渦激振動速度響應；(7)根據加速度相似比計算原型的渦激振動加速度響應。FSA00000810393300011.tif,FSA00000810393300012.tif,FSA00000810393300013.tif,FSA00000810393300014.tif,FSA00000810393300015.tif...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃維平，周陽，鐘詩民，梁鵬，
申請(專利權)人：中國海洋大學，
類型：發明
國別省市：