[發(fā)明專利]一種管路系統(tǒng)的流固耦合動力學(xué)特性預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510827491.1
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN105260806B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李帥軍;姚世衛(wèi);李華峰;鄭明明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一九研究所
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務(wù)所(普通合伙) 11221
• 代理人: 王衛(wèi)東

1.一種管路系統(tǒng)的流固耦合動力學(xué)特性預(yù)測方法，其特征在于：其包括以下步驟，

步驟一、根據(jù)管路系統(tǒng)中每個(gè)管路元件的屬性，將管路系統(tǒng)離散為直管元件、彎管元件和管路附件元件三種類型；

步驟二、根據(jù)離散后的管路元件的類型，建立各管路元件相應(yīng)的場傳遞流固耦合矩陣或點(diǎn)傳遞流固耦合矩陣；

步驟三、將離散后的管路系統(tǒng)重新組合為若干傳遞矩陣單元體，且根據(jù)所述管路系統(tǒng)預(yù)測的管壁彎曲波最小波長或者預(yù)測的上限頻率計(jì)算傳遞矩陣單元體的特征長度范圍；

步驟四、結(jié)合管路系統(tǒng)邊界處流體已知條件和結(jié)構(gòu)已知條件組成邊界條件矩陣和外部激勵列向量，利用傳遞矩陣方法，預(yù)測管路系統(tǒng)任意位置的流固耦合動力學(xué)特性；

根據(jù)所述管路系統(tǒng)預(yù)測的管壁彎曲波最小波長計(jì)算傳遞矩陣單元體的最大特征長度的計(jì)算方法為：

其中，L_max表示組合后的單元體的最大特征長度，C表示比例系數(shù)，表示與管壁楊氏模量(E)，管路內(nèi)徑(R_i)，管路外徑(R_o)，管內(nèi)流體密度(ρ_f)，管壁密度(ρ_p)和泊松比(υ)相關(guān)的計(jì)算式，λ_min為預(yù)測的管壁的彎曲波最小波長；

根據(jù)所述管路系統(tǒng)預(yù)測的上限頻率計(jì)算傳遞矩陣單元體的最大特征長度的計(jì)算方法為：

其中，L_max表示組合后的單元體的最大特征長度，C表示比例系數(shù)，表示一個(gè)與管壁楊氏模量(E)，管路內(nèi)徑(R_i)，管路外徑(R_o)，管內(nèi)流體密度(ρ_f)和管壁密度(ρ_p)相關(guān)的計(jì)算式，s_max表示可以預(yù)測的上限頻率。

2.如權(quán)利要求1所述的一種管路系統(tǒng)的流固耦合動力學(xué)特性預(yù)測方法，其特征在于：離散管路系統(tǒng)時(shí)，管路系統(tǒng)包括場傳遞元件和點(diǎn)傳遞元件，所述場傳遞元件包括直管元件和彎管元件，所述點(diǎn)傳遞元件為管路附件元件。

3.如權(quán)利要求2所述的一種管路系統(tǒng)的流固耦合動力學(xué)特性預(yù)測方法，其特征在于：

所述管路附件元件包括管路支撐、分支接頭和閥門。

4.如權(quán)利要求1所述的一種管路系統(tǒng)的流固耦合動力學(xué)特性預(yù)測方法，其特征在于：對于任意的管路系統(tǒng),其任意考察位置的狀態(tài)向量的預(yù)測方法為：

其中，Φ_arb表示在管路系統(tǒng)中選取的任意考察位置的狀態(tài)向量，U_arb表示從任意考察位置所在的單元體的始端到考察位置的傳遞矩陣，U_tq表示提取矩陣,其作用是將考察位置所在單元體的始端的狀態(tài)矩陣從管路系統(tǒng)的整體傳遞矩陣中提取出來,D表示由流體已知條件和結(jié)構(gòu)已知條件組成的邊界條件矩陣,U_tr表示由各單元體共同組成的整體傳遞矩陣，[]^-1表示矩陣的逆陣，F(xiàn)_exi表示管路系統(tǒng)的外部激勵列向量。

5.如權(quán)利要求4所述的一種管路系統(tǒng)的流固耦合動力學(xué)特性預(yù)測方法，其特征在于：當(dāng)管路系統(tǒng)由單個(gè)單元體組成時(shí)，通過下述的方法計(jì)算管路系統(tǒng)任意考察位置的狀態(tài)向量：

其中，N表示用于描述管路系統(tǒng)流固耦合振動的變量數(shù)，其值為大于等于2的自然數(shù)，Φ_arb表示在管路系統(tǒng)中選取的任意考察位置的狀態(tài)向量，0_N×N表示N×N維的零矩陣，I_N×N表示N×N維的單位矩陣，D_N×3N表示N×3N維的邊界條件矩陣，U1_N×N表示從管路始端到考察位置的N×N維的傳遞矩陣，U2_N×N表示從考察位置到管路末端的N×3N維傳遞矩陣，[]^-1表示矩陣的逆陣，F(xiàn)_3N×N表示3N×N維的激勵列向量。