基于流体子域法的复杂柱形储液系统动力学特性研究

柱形容器是石油化工业中的常用设备，主要用于液态产品和液态原料的生产与储运，容器内流体的晃动对于结构的安全性有着重大影响，渡槽是工程中常用的水工建筑物，主要用于输水、排水和通航，渡槽内流体的晃动对其安全性有重大的影响。安装防晃板是抑制流体晃动响应的一种既经济又有效的简便方法。. 本项目首先研究带环形刚性隔板圆柱形容器内流体的线性晃动问题，创造性地提出了求解复杂域内流体晃动特性的流体子域法。分析了隔板、容器和流体的尺寸参数对流体晃动特性和动力响应的影响。在此基础上，进一步研究了水平激励下流体的动力响应问题，将流体速度势表达为刚体速度势和摄动速度势的叠加，引入广义坐标用流体线性自由晃动模态对摄动速度势做展开，得到一系列单自由度的动力响应方程。深入讨论了隔板尺寸参数对流体晃动响应的影响，分析了隔板对流体晃动的抑制作用。. 将流体子域法应用于带环形弹性隔板圆柱形容器内流体的线性晃动问题，用弹性隔板的干模态对其湿模态进行展开，由弹性隔板的动力学方程和自由液面波动方程共同导出流-固耦合系统的动力方程，详细分析了隔板参数、容器参数和流体参数对流-固耦合系统动力学特性及响应的影响。. 将流体子域法拓展到流体的非线性晃动领域，研究带环形刚性隔板圆柱形容器内流体的大幅晃动问题。分别研究了流体的非线性自由晃动响应和非线性受迫晃动响应，详细讨论了隔板参数以及外部激励参数对液面非线性晃动响应的影响。. 采用半解析法研究截面任意形状的柱形和环柱形储液罐内分层流体的动力学问题，得到截面任意形状的柱形或环柱形储液罐内单层流体或分层流体动力学特性的高精度解。. 将概率密度演化理论引入流体晃动响应研究，给出了流体晃动概率密度演化的基本分析步骤，通过算例验证了使用该方法进行流体晃动研究的可行性及精确性，给出了波高响应的均值与方差，求解了不同隔板位置、不同隔板尺寸下最大波高出现的时间及波高最大值。. 进行了罐体模型的设计、加工、安装及激振器激励调试；对模型中流体的固有频率进行测量；通过输入定频激励测量不同隔板位置、不同隔板尺寸下罐中流体的晃动波高，试验结果与理论结果一致，得到了隔板影响流体晃动响应的一般性规律。. 基于流体子域法，研究了单边带隔板和两边带隔板矩形截面渡槽内流体的动力学特性及其地震响应，分析了隔板参数对流体晃动动力的影响。