输液管道的振动特性

充液管道振动特性理论与实验研究的开题报告1. 研究背景在工业生产和实验研究中，充液管道振动经常出现。

管道振动会引起管道强度下降、疲劳破坏等问题，严重时还会导致泄漏事故的发生。

因此，对充液管道振动特性进行研究具有重要意义。

2. 研究目的本研究的主要目的是探究充液管道振动特性，包括振动频率、振幅、谐振现象等方面，并对其进行实验验证。

3. 研究内容（1）分析充液管道的振动特性通过建立管道振动的数学模型，分析充液管道的振动特性，如振动频率、振幅、谐振现象等。

（2）设计实验方案设计一系列实验方案，依据理论预测的振动特性进行实验验证。

（3）进行实验研究搭建实验装置，对设计好的实验方案进行实验研究，记录并分析实验数据。

（4）对实验结果进行分析与研究对实验数据进行处理，利用数学方法进行分析，得出结论并与理论结果进行对比。

4. 研究方法本研究将采用理论分析和实验研究相结合的方法。

（1）理论分析建立充液管道的振动数学模型，通过理论分析分析管道振动的特性。

（2）实验研究设计一系列实验方案，采用模拟实验方法进行实验研究，记录并分析实验数据。

5. 预期成果通过本研究，预计能够得到以下成果：（1）系统分析充液管道的振动特性，揭示其振动频率、振幅、谐振现象等特点。

（2）研究充液管道的振动特性对管道安全的影响。

（3）验证理论分析的准确性，同时对相关实验方法提出改进性建议。

6. 研究意义（1）为工业生产和实验研究提供理论依据。

（2）对充液管道的安全性能提出更加科学合理的要求。

（3）对相关领域研究提出新的思路和方法。

输水管道振动分析水利水电工程和农业水利工程中，为了减小蒸发、输水方便、利于控制，常采用压力管道进行输水。

在管道输水过程中，往往会发生管道的振动现象，若管线长期振动会遭受疲劳破坏，进而引发管线断裂、水体外泄等事故。

应在设计中予以考虑。

1.输水管道振动机理在压力和流速作用下，管道壁会承受动水压力，动力设备、来流条件、流体输送机械操作和外部环境的刺激会使管道产生随机振动。

管道、支架和相连设备构成一个结构系统，在激振力的作用下，系统会发生振动。

管道振动分为两个系统：一个是管道系统，一个是流体系统。

压力管道的激振力来源于系统自身或系统外部。

来自系统自身的激振力主要有与管道相连接的机器的振动和管内流体不稳定流动引起的振动；来自系统外的主要有风、地震等。

振动对压力管道而言是交变荷载，危害程度取决于激振力的大小和管道的抗震性能。

2.管道激振力分析来自系统内部的激振力主要有以下几种：2.1 由于运动要素脉动产生的脉动压力实际工程中的液体流动多属于紊流，其基本特征是许多大小不等的涡体相互混掺着前进，在流动过程中流速、压强等运动要素会发生脉动，继而产生脉动压强和附加切应力，管道在此作用下会发生振动。

2.2 由于气蚀产生的冲击力对于部分压力管道，基于提供水流动能和节省工程投资的需求，常选择断面较小的管道，管道内流动的水流为高速水流。

水流流动过程中动能较大，压能较小，当压强低于同温度下的气化压强时，部分液体发生气化，产生空泡。

空泡随液流前进的过程中逸出，当压强增大，其自身的存在条件被破坏后，空泡发生溃灭。

空泡在管壁附近频频溃灭，会在瞬间产生较大的冲击力，使管道发生振动。

2.3 由于水击产生的水击压力压力管道中流动的液体流速因某种外界原因发生急剧变化时（如阀门开启或关闭），由于液体具有一定的压缩膨胀性，液体内部压强产生迅速交替升降，这种交替升降的水击压力像锤子击打在管壁、阀门或其他管路元件上一样，造成管道的弹性变形和振动。

管道输送系统振动特性分析与控制优化管道输送系统是现代工业领域中常见的一种物流输送方式，广泛应用于石油、天然气、水和其他液体等的长距离输送。

然而，在输送过程中，管道系统会产生振动，给系统的安全性、稳定性和效率带来一定的影响。

因此，需要对管道输送系统的振动特性进行分析与控制优化。

首先，我们来了解管道输送系统振动的形成原因。

管道输送系统振动主要源自两个方面：一是来自流体的力学振动，二是来自机械部件的共振振动。

针对流体力学振动，流体在管道内流动时会形成压力波动，这种压力波动会引起管道系统的自振动。

当流速较高时，液体在管道中运动会形成湍流，导致压力变化更为剧烈，使得管道系统的振动加剧。

而机械部件的共振振动则是由于管道系统在运行过程中，机械部件的固有频率与外来激励频率相一致，导致共振现象的发生。

共振振动会增加管道系统的振动幅值，降低系统的工作效率，并且可能导致机械部件的疲劳破坏。

为了分析管道输送系统的振动特性，可以采用数值模拟和试验分析两种方法。

数值模拟方法可以通过建立系统的数学模型，利用计算机软件进行仿真计算，分析系统在不同工况下的振动响应。

试验分析则是通过在实际管道系统中进行振动测试，获取实测数据进行分析。

在振动控制优化方面，可以从多个方面进行考虑。

一是在设计阶段，可以通过优化管道系统的结构参数，降低系统的固有频率，减少共振现象的发生。

二是在操作过程中，可以采取减少流体压力波动的措施，如增加缓冲器、消声器等，降低流体力学振动的幅值。

三是对机械部件进行改进，增强其抗振能力，减少共振振动的发生。

此外，还可以考虑采用主动振动控制技术，如主动质量阻尼器、主动控制阀等，通过控制系统的输入和输出信号，实时调节系统的振动响应。

最后，管道输送系统的振动特性分析与控制优化是一个综合性的问题，需要涉及流体力学、结构力学、信号处理等多学科知识。

不同的输送介质、管道材料、输送距离等因素都会对系统的振动特性产生影响。

因此，针对不同的应用场景，需要综合考虑各种因素，采用合适的分析方法和优化措施。

输流管道流固耦合振动研究于家付;马廷霞;钟魁;王海兰;朱亚明;赵潇【摘要】管道系统的流固耦合振动问题一直以来都被称为“典型的动力学问题”,由于载流管道模型比较简单,相对于其他结构体,输流管道系统更容易设计与制造,方便实验研究.阐述了管道振动系统,推导了振动方程,提出输流管道减振的措施.【期刊名称】《重庆科技学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(017)001【总页数】3页(P85-86,91)【关键词】管道系统;振动;减振【作者】于家付;马廷霞;钟魁;王海兰;朱亚明;赵潇【作者单位】西南石油大学机电工程学院,成都610500;西南石油大学机电工程学院,成都610500;中铁八局第二集团有限公司检测中心,成都610000;西南石油大学机电工程学院,成都610500;西南石油大学机电工程学院,成都610500;西南石油大学机电工程学院,成都610500【正文语种】中文【中图分类】O353.1管道是一种最常见的载流装置，输流管道目前已经广泛应用于船舶、航空航天、水利电力、石油能源工业、化学工业、海洋工程、核工业、生物工程、城市排水工程等等。

研究表明，输流管道内流体的速度超过某一临界值时，就会引起管道振动。

这种现象主要是由于流体作用力与输流管道弹性体的变形力相互耦合而产生的一种不稳定动态［1］。

这种不稳定状态可以导致管道薄弱处产生破坏，严重时会导致管道断裂，给工业造成巨大的经济损失和严重的事故。

管道系统对国民经济及人们的生活都起着十分重要的作用。

1 管道振动系统研究管道振动的研究由于其物理以及几何形状等条件的复杂性，引起了国内外学者浓厚的兴趣。

目前对流固耦合振动的研究领域分布比较广，主要领域有数学建模理论、振动特性、动力学特性分析、能连传递以及实验技术和响应预估等。

在管道振动研究的初期，往往容易忽略管壁与流体之间的耦合作用;而对于响应分析，又缺乏对流固双向耦合效应，先是流体的响应，然后作为激励，才得以计算出管道结构的响应［2］。

关于u形管中液体振动的讨论
对于u形管中的液体振动，有许多化学家、数学家和力学家对其进行过深入的研究和讨论。

最初的研究集中在压力的变化，而在实验中也发现了液体振动中的许多有趣特性。

具体地说，研究发现，振动液体本质上是由反复出现的波状结构进行振动而产生的，其中包括周期性的膨胀和收缩。

这种振动所需的条件是u形管内的流量必须足够大，并且其本质是由运动流体产生的动能而产生的。

虽然u形管中的液体振动会影响其内部的流量和压力，但研究发现，这种振动的影响主要取决于管径，这确实使得u型管的使用更加灵活和安全。

此外，u形管中液体振动的研究还涉及到液体中的声音发射，以及噪声的产生，以及液体体系的温度和熵的影响等等。

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输水管道振动分析水利水电工程和农业水利工程中，为了减小蒸发、输水方便、利于控制，常采用压力管道进行输水。

在管道输水过程中，往往会发生管道的振动现象，若管线长期振动会遭受疲劳破坏，进而引发管线断裂、水体外泄等事故。

应在设计中予以考虑。

1.输水管道振动机理在压力和流速作用下，管道壁会承受动水压力，动力设备、来流条件、流体输送机械操作和外部环境的刺激会使管道产生随机振动。

管道、支架和相连设备构成一个结构系统，在激振力的作用下，系统会发生振动。

管道振动分为两个系统：一个是管道系统，一个是流体系统。

压力管道的激振力来源于系统自身或系统外部。

来自系统自身的激振力主要有与管道相连接的机器的振动和管内流体不稳定流动引起的振动；来自系统外的主要有风、地震等。

振动对压力管道而言是交变荷载，危害程度取决于激振力的大小和管道的抗震性能。

2.管道激振力分析来自系统内部的激振力主要有以下几种：2.1 由于运动要素脉动产生的脉动压力实际工程中的液体流动多属于紊流，其基本特征是许多大小不等的涡体相互混掺着前进，在流动过程中流速、压强等运动要素会发生脉动，继而产生脉动压强和附加切应力，管道在此作用下会发生振动。

2.2 由于气蚀产生的冲击力对于部分压力管道，基于提供水流动能和节省工程投资的需求，常选择断面较小的管道，管道内流动的水流为高速水流。

水流流动过程中动能较大，压能较小，当压强低于同温度下的气化压强时，部分液体发生气化，产生空泡。

空泡随液流前进的过程中逸出，当压强增大，其自身的存在条件被破坏后，空泡发生溃灭。

空泡在管壁附近频频溃灭，会在瞬间产生较大的冲击力，使管道发生振动。

2.3 由于水击产生的水击压力压力管道中流动的液体流速因某种外界原因发生急剧变化时（如阀门开启或关闭），由于液体具有一定的压缩膨胀性，液体内部压强产生迅速交替升降，这种交替升降的水击压力像锤子击打在管壁、阀门或其他管路元件上一样，造成管道的弹性变形和振动。

吊瓶输液的物理原理
吊瓶输液的物理原理是利用重力作用和液体的流动特性，将药物或营养液通过输液管道输送进入患者体内，以满足治疗或补充体液的需要。

首先，将需输液的液体装入输液袋（或瓶），并将其悬挂在高处，使液体能够自由流动。

袋中的液体通过输液管道连接到输液针头，针头再插入患者体内的静脉血管中。

在重力的作用下，输液袋中的液体会自动流入输液管道。

该过程符合物体从高处流向低处的自然规律，液体受到重力的作用下会自动下降。

这意味着，输液袋的高度决定了液体输送的速度，高度越高，液体下降的速度越快。

此外，输液管道具有一定的流体阻力。

阻力的大小取决于管道的截面积、长度以及液体的流动属性。

阻力越大，液体在输液管道中的流速越慢。

因此，在实际使用中，医护人员需要合理选择输液管道的类型和尺寸，以确保输液速度和流量的合理控制。

除了重力和管道阻力对液体流动的影响外，还有其他因素也会影响吊瓶输液的物理原理。

例如，液体的黏度和密度、管道的平滑度以及输液袋与输液管道之间的连接方式等。

因此，在输液过程中，医护人员需要根据具体情况进行调整和控制，以确保药物或营养液以正确的速度输送到患者体内，避免出现输液过快或过慢的情况。

管道运行过程中的振动问题解析管道振动是管道运行过程中常见的问题。

管道振动不仅会影响设备的使用寿命和安全性，而且还会导致各种故障和事故。

因此，对于管道振动问题的解析十分关键。

一、管道振动的原因管道振动主要是由于以下原因引起的：1. 流体振荡流体振荡是导致管道振动的主要原因之一。

当管内流体达到一定速度时，会形成涡流、涡腾现象，从而引起管道振动。

2. 噪声和震动噪声和震动也是导致管道振动的原因之一。

在高速流动中，流体会产生噪声和震动，从而引起管道的振动。

3. 风振管道的风振主要是由于风力作用引起的。

当风力超过管道固有频率时，会导致管道振动。

4. 接触振动管道接触振动是指管道与附属设备或支持结构接触引起的振动。

接触振动不仅会导致管道振动，还会引起管道支承和附属设备的损坏。

二、管道振动对设备的危害管道振动不仅会影响设备的使用寿命和安全性，还会导致以下故障和事故：1. 泄漏和断裂管道振动会引起管道疲劳和应力集中，从而导致管道的泄漏和断裂。

2. 设备故障管道振动会对设备的结构造成损坏，引起设备的故障和损坏。

3. 操作不稳定管道振动会影响设备的操作，使得操作变得不稳定，导致设备无法正常工作。

三、管道振动的解决方法管道振动的解决方法主要包括以下方面：1. 设计优化在设计管道时，应考虑到振动问题，合理地设计管道的结构和支承系统。

2. 安装调试在安装管道之前，应进行相关的调试和检测，确定管道的振动特性，避免因为振动问题导致设备故障或事故。

3. 防震降噪措施在管道的安装和使用过程中，应采取相应的防震和降噪措施，避免管道振动对设备的影响。

四、结论综上所述，管道振动是管道运行中的常见问题，会影响到设备的使用寿命和安全性。

其解决方法主要包括设计、安装和防震降噪措施等方面。

因此，对于管道振动问题的解析必须高度重视，避免由于管道振动导致的故障和事故发生。

第39卷第21期振动与冲击JO U R N A L O F V IB R A T IO N A N D S H O C K V o l.39N o.21 2020冲击荷载下输液管道动响应分析的谱单元方法李宝辉，景丽娜，王正中(西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100)摘要：建立了基于Tmohenko梁的管道轴向流致振动模型，采用谱单元方法分析了管道的动响应。

借助离散傅 里叶变换，将时域控制方程转换为频域形式，结合有限元法获得了与频率相关的谱单元矩阵，进而发展出分析管道在冲击 荷载作用下的动响应计算方法。

通过管道固有频率和Tmohenko梁动响应的对比计算，验证了该方法的有效性。

最后，采用谱单元法计算了管道在不同流速、不同瞬态荷载作用下的动响应。

结果显示，谱单元法并且只需两个单元就可以分 析管道的动响应并且具有很高精度。

关键词：输液管道;谱单元法;动响应；固有频率中图分类号#O321 文献标志码：A DOI：10.13465/ki.jvs.2020.21.024D y n a m i c analysis of pipe c o n v e y i n g fluid u n d e r i m p a c t load with spectral e l e m e n t m e t h o dLI Baohui, JING Una,WANG Zhengzhong(College of Water Resources and Architectural Engineering，Northwest A& F University，Yangling712100，China) Abstract；Here，a pipe axial flow-induced vibration model was built based on Timoshenko b e a m，and the spectral element method (S E M)was applied in dynamic response analysis of a pipe conveying fluid.By means of discrete Fourier transformation，the pipe’s dynamic equations in time domain were converted into those in frequency domain.Being similar to the finite element method(F E M)，the spectral element matrix equation was obtained.The method was developed for dynamic response of pipe conveying fluid under point impact loads.The natural frequencies and dynamic responses of the pipe conveying fluid were computed with S E M，and the results were compared with those published in literature to verify the effectiveness of S E M.Finally，the pipe’s dynamic responses were computed using S E M under different fluid f low velocities and transient impact loads.Results showed that the proposed S E M has a high accuracy;only two spectral elements a re needed to analyze dynamic resj^onses of a pipe conveying loads.K e y words；pipe conveying fluid;spectral element method;dynamic response;natural frequency输液管道广泛应用于各种工业领域，比如，核反应 堆的冷却系统，飞机燃油液压系统以及石油输送系统 等等。