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液氢输送管道振动与流动压降特性研究
| 论文题名： | 液氢输送管道振动与流动压降特性研究 |
| 关键词： | 液氢;低温输送管道;流固耦合;振动特性;压降特性;频谱分析 |
| 摘要： | 液氢是航空火箭发射的燃料，但一般是通过低温输送管道将其输送到火箭加注设备中进行使用，在输送过程中，管道系统的振动与液氢流动的压力波动会对输送过程造成严重影响，从而不利于加注过程的成功进行。针对这一现状，旨在研究液氢管内流动状态与输送管道振动的关系，从而提高输送系统的稳定性。 通过分析液氢管内沸腾流动的数学模型以及管道振动方程，以液氢为低温工质，建立液氢输送管道的三维模型，对液氢输送管道流固耦合振动特性以及沸腾流动压降特性进行了数值模拟研究。利用模态分析和谐响应分析对不同影响因素下的液氢输送管道固有频率进行计算。根据UDF编写的管道振动方程，模拟不同边界条件（入口速度、管壁温度）、管道振动条件（振动频率、振动振幅）以及管径下的压降变化，并利用频谱分析的方法计算压降波动的频率与幅值。 结果表明：在现有的相关实验数据和计算关联式的基础上，对所建立的数值模型进行了验证，其相对误差在10%以内。不考虑外加振源时，得到管道长度对管道固有频率影响最大，当管道长度增加到原来的两倍时，管道固有频率降低到原来的0.36倍。谐响应分析得到管道的前三阶频率（200Hz~350Hz）对管道振动的强度影响较大，管道在x和y方向的位移响应与z方向位移响应的数量级相差12-13倍。考虑外加振源时，得到液氢压降波动的频率和幅值随边界条件、管道振动情况以及管径的变化趋势，其中入口速度由2m/s变化到4m/s时，其压降波动变为原来的3倍左右；管径由0.1m变化到0.2m时，压降波动的范围从-1000~2400Pa变化到-600~1200Pa。 通过对液氢输送管道流固耦合振动特性以及流动压降特性的数值计算分析，表明在实际应用中控制液氢管内流动的流速以及适当增加输送管道的壁厚和管径可以降低流动压降波动的程度，从而有效的改善输送系统的稳定性，降低系统共振发生的可能性。 |
| 作者： | 商燕 |
| 专业： | 制冷及低温工程 |
| 导师： | 舒水明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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