Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск

Измерения гидродинамических и вибрационных характеристик для валидации численных расчетов возбуждения конструкций потоком жидкости

https://doi.org/10.21122/2220-9506-2019-10-3-223-232

Полный текст:

Аннотация

Вибрация конструкций под воздействием нестационарных гидродинамических сил, обусловленных обтеканием потоком поверхностей конструкций, может неблагоприятно сказываться на прочности и усталостной долговечности. Снижение неблагоприятного воздействия гидродинамических сил в настоящее время становится возможным по результатам связанных трехмерных расчетов гидродинамики (CFD) и вибрации. Однако для адекватного описания в связанной задаче определяющих физических процессов должны использоваться специфические именно для задачи гидроупругих колебаний расчетные модели и подходы. Для обоснования и валидации таких подходов разработана экспериментальная модель и выполнена серия исследований процесса возбуждения конструкции потоком воды.

В качестве конструкции рассматривалась модель, состоящая из двух последовательно установленных цилиндров в поперечном потоке рабочей среды. В процессе испытаний, в зависимости от скорости потока, измерялись уровни вибраций и пульсаций давления в потоке и нестационарных полей скорости. Относительно простая конструкция рассматриваемой модели позволила применить различные бесконтактные системы измерений нестационарных процессов для кроссвалидации получаемых экспериментальных данных и для оценки неопределенностей в процессе испытаний.

На основании полученных данных синхронных измерений анализировалось взаимное влияние потока и динамики конструкции, обусловленное эффектом синхронизации между частотой срыва (или ее гармониками) и собственной частотой цилиндров. Таким образом, выполненные исследования позволили получить информацию одновременно и о динамических характеристиках потока, и о параметрах, характеризующих вибрацию, для случая консольного закрепления стержней.

Полученные экспериментальные данные используются для определения требований к точности проведения численных расчетов гидродинамических сил и для валидации однои двусторонне связанных методов численного расчета возбуждений конструкций потоком.

Об авторах

А. B. Будников
Опытное конструкторское бюро машиностроения имени И.И. Африкантова
Россия
Бурнаковский проезд, 15, г. Нижний Новгород 603074


Е. И. Шмелев
Опытное конструкторское бюро машиностроения имени И.И. Африкантова
Россия
Бурнаковский проезд, 15, г. Нижний Новгород 603074


Д. А. Куликов
Опытное конструкторское бюро машиностроения имени И.И. Африкантова
Россия
Бурнаковский проезд, 15, г. Нижний Новгород 603074


А. В. Логинов
Опытное конструкторское бюро машиностроения имени И.И. Африкантова
Россия

Адрес для переписки: А.В. Логинов – Опытное конструкторское бюро машиностроения имени И.И. Африкантова, Бурнаковский проезд, 15, г. Нижний Новгород 603074, Россия    e-mail: loginoff.86@gmail.com

 



С. М. Дмитриев
Нижегородский государственный технический университет имени Р.Е. Алексеева
Россия
ул. Минина, 24, г. Нижний Новгород 603950


Н. А. Прибатурин
Институт теплофизики имени С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
пр. Академика Лаврентьева, 1, г. Новосибирск 630090


П. Д. Лобанов
Институт теплофизики имени С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
пр. Академика Лаврентьева, 1, г. Новосибирск 630090


А. С. Суворов
Институт прикладной физики Российской академии наук
Россия
ул. Ульянова, 46, г. Нижний Новгород 603950


А. В. Стуленков
Институт прикладной физики Российской академии наук
Россия
ул. Ульянова, 46, г. Нижний Новгород 603950


Список литературы

1. Pettigrew M., Taylor C., Fisher N., Yetisir M., Smith В.A.W. Flow-induced vibration: recent findings and open questions. Nuclear Engineering and Design, 1998, vol. 185, pp. 249–276. DOI: 1016/S0029-5493(98)00238-6

2. Shin Y.S., Wambsganss M.W. Flow-induced vibration in lmfbr steam generators: a state-of-the-art review. Nuclear Engineering and Design, 1977, vol. 40, iss. 2, pp. 235–284. DOI: 1016/0029-5493(77)90038-3

3. Paidoussis M. Real-life experiences with flowinduced vibration. Journal of Fluids and Structures, 2006, vol. 22, iss. 6–7, pp. 741–755. DOI: 10.1016/j.jfluidstructs.2006.04.002

4. Kaneko S., Nakamura T., Inada F. Flow-Induced Vibrations Classifications and Lessons from Practical Experiences. Elsevier, Second Edition, 2014, 410 p.

5. Paidoussis M.P. Fluid-structure interactions: slender structure interactions and axial flow. Academic press, 1998, vol. 1, 572 p.

6. Paidoussis M.P. Fluid-structure interactions: slender structure interactions and axial flow. Academic press, 2004, vol. 2, 888 р.

7. Devnin S.I. Fluid elasticity of structures in the detached fl Sudostroenie, St. Petersburg, Russia, 1975, 184 p.

8. Shinde V. Fluidelastic instability in heat exchanger tube arrays and a Galerkin-free model reduction of multiphysics systems. Engineering Sciences (physics). Ecole Polytechnique, 2015, 207 р. DOI: 10.13140/RG.2.1.2349.5761

9. William J., Fichet V., Goreaud N. Advanced comparison of CFD Fluent code with experimental data on a transverse flow across rod bundle using LDV, PIV, Optical Flow and POD, 23 Congrès Français de Mécanique, Lille, 2017, 24 р.

10. Sumner D. Two circular cylinders in cross-flow: A review. Journal of Fluids and Structures, 2010, vol. 26, iss. 6, pp. 849–899. DOI: 10.1016/j.jfluidstructs.2010.07.001

11. Chen S.S., Jendrzejczyk J.A. Flow velocity dependence of damping in tube arrays subjected to liquid cross flow. Journal of Pressure Vessel Technology, 1981, vol 103, pp. 130–135. DOI: 10.1115/1.3263377

12. Pettigrew M.J., Rogers R.J., Axisa F. Damping of Heat Exchanger Tubes in Liquids: Review and Design Guidelines. Journal of Pressure Vessel Technology, 2011, vol. 133, iss. 1, 014002, pages 11. DOI: 10.1115/1.4000711


Для цитирования:


Будников А.B., Шмелев Е.И., Куликов Д.А., Логинов А.В., Дмитриев С.М., Прибатурин Н.А., Лобанов П.Д., Суворов А.С., Стуленков А.В. Измерения гидродинамических и вибрационных характеристик для валидации численных расчетов возбуждения конструкций потоком жидкости. Приборы и методы измерений. 2019;10(3):223-232. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2019-10-3-223-232

For citation:


Budnikov A.V., Shmelev E.I., Kulikov D.A., Loginov A.V., Dmitriev S.M., Pribaturin N.A., Lobanov P.D., Suvorov A.S., Stulenkov A.V. Measurements of the Hydrodynamic and Vibrational Characteristics to Validate Numerical Calculations of the Structure Excitation by Fluid Flow. Devices and Methods of Measurements. 2019;10(3):223-232. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/2220-9506-2019-10-3-223-232

Просмотров: 103


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2220-9506 (Print)
ISSN 2414-0473 (Online)