Dreidimensionale numerische Simulation strömungsinduzierter Rohrbündelschwingungen:
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2001
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SIMULATION
ROHRBUENDELSCHWINGUNGEN
V
INHALT
1
EINLEITUNG
.
1
1.1
FUNKTIONSPRINZIP,
WIRTSCHAFTLICHE
ASPEKTE
UND
SCHADENSFAELLE
.
1
1.2
ERREGERMECHANISMEN
.
2
1.3
BISHERIGE
ABSICHERUNG
GEGEN
ROHRBUENDELSCHWINGUNGEN
.4
1.4
LITERATURUEBERSICHT:
NUMERISCHE
ARBEITEN
.
6
1.5
ZIEL
DER
VORLIEGENDEN
ARBEIT
.
9
1.6
GLIEDERUNG
DER
ARBEIT
.
11
2
DAS
NUMERISCHE
SIMULATIONSVERFAHREN
.
13
2.1
SIMULATION
DES
STROEMUNGSFELDES
IM
MANTELRAUM
.
13
2.1.1
STROEMUNGSMECHANISCHE
GRUNDGLEICHUNGEN
.
13
2.1.2
WAHL
EINES
NUMERISCHEN
GITTERS
.
20
2.1.3
DISKRETISIERUNG
DER
STROEMUNGSMECHANISCHEN
GRUNDGLEICHUNGEN
.
21
2.1.3.1
ZEITLICHE
DISKRETISIERUNG
.
23
2.1.3.2
DRUCKGRADIENT
.
24
2.1.3.3
GEMISCHTE
KONVEKTIONS/DIFFUSIONS-TERME
.
24
2.1.3.4
REIN
DIFFUSIVE
TERME
.
24
2.1.3.5
REIN
KONVEKTIVE
TERME
.
25
2.1.3.6
ZUSAMMENFASSUNG
DER
IMPULSGLEICHUNG
.
26
2.1.3.7
ERGAENZUNG
UM
WEITERE
KONVEKTIVE
DISKRETISIERUNGSSCHEMATA
.
27
2.1.4
LOESUNG
DES
GLEICHUNGSSYSTEMS
.
29
2.1.4.1
DIE
BERECHNUNG
DES
DRUCKFELDES
.
29
2.1.4.2
STROEMUNGSRANDBEDINGUNGEN
.
33
2.1.4.3
SOLVER-TECHNIKEN
.
34
2.1.4.4
ABLAUF
DER
STROEMUNGSMECHANISCHEN
BERECHNUNG
.
36
2.1.5
TESTBERECHNUNGEN:
KRAEFTE
AUF
EINEN
UMSTROEMTEN
EINZELZYLINDER
.
36
2.1.6
ALTERNATIVE
DISKRETISIERUNGSTECHNIKEN
.
40
2.1.6.1
DIE
FINITE
ANALYTISCHE
METHODE
.
40
2.1.6.2
DIE
FINITE
ELEMENTE
METHODE
.
45
2.1.7
ANALYTISCHE
BEHANDLUNG
DER
SPALTSTROEMUNG
.
46
2.2
SIMULATION
DER
STRUKTURMECHANISCHEN
ROHRBUENDELDYNAMIK.
50
2.2.1
STRUKTURMECHANISCHE
GRUNDGLEICHUNGEN
.
50
2.2.2
RAEUMLICHE
DISKRETISIERUNG
.
51
2.2.3
ZEITLICHE
DISKRETISIERUNG
.
54
VI
SIMULATION
ROHRBUENDELSCHWINGUNGEN
2.2.4
ZUSAETZLICHE
RANDBEDINGUNGEN
AN
DEN
LEITBLECHEN
.
55
2.2.4.1
MODIFIKATION
DER
STEIFIGKEITSMATRIX
AN
DER
LAGERSTELLE
.56
2.2.4.2
MECHANISCHE
ZUSATZKRAEFIE
INFOLGE
DER
REIBSTOESSE
IM
LEITBLECH
.
57
2.2.4.3
FILMKRAEFIE
AUFGRUND
VON
SPALTSTROEMUNG
.
60
2.2.4.4
ZUSAMMENFASSUNG
UND
BEISPIELRECHNUNG
KONTAKTMODELL
.
62
2.2.5
ITERATIVE
LOESUNG
DES
GLEICHUNGSSYSTEMS
.
63
2.2.6
UEBERPRUEFUNG
DER
MODELLANTWORT
MIT
ANALYTISCHEN
FORMELN
.
65
2.3
KOPPLUNG
VON
STROEMUNG
UND
STRUKTUR
.
66
2.3.1
ZELLUEBERDECKUNGSGRAD
.
66
2.3.2
KOPPELKRAEFTE
.
67
2.3.3
KINEMATISCHE
GROESSEN
.
69
2.3.4
VERBESSERUNG
DES
DRUCKKORREKTURVERFAHRENS
.
69
2.3.5
ABLAUF
EINES
FLUID-STRUKTUR-GEKOPPELTEN
ZEITSCHRITTS
.
70
2.3.6
BERECHNUNGSBEISPIELE:
SCHWINGENDER
EINZELZYLINDER
IN
EINEM
KANAL
.71
2.4
STABILE
NUMERISCHE
PARAMETER
.
71
2.4.1
DAS
CFL-KRITERIUM
.
72
2.4.2
ANWENDUNG
DES
CFL-KRITERIUMS
.
72
2.4.3
BEISPIELRECHNUNG
.
73
2.4.4
STABILITAET
DES
LES-MODELLS
.
74
2.4.5
STABILITAET
DES
STRUKTURMODELLS
.
74
2.4.6
FLUID-STRUKTUR-EFFEKTE
.
75
2.5
IMPLEMENTIERUNG
.
76
3
EXPERIMENTELLE
UNTERSUCHUNGEN
.
80
3.1
BESCHREIBUNG
DER
VERSUCHSEINRICHTUNG
.
80
3.1.1
UEBERSICHT
UEBER
DEN
VERSUCHSSTAND
.
80
3.1.2
AUFBAU
DER
NEUEN
MESSSTRECKE
.
83
3.1.3
AUFBAU
DER
ROHRBUENDEL
.
83
3.1.4
ZIELMESSGROESSE
UND
VERWENDETE
MESSTECHNIK
.
90
3.2
VERSUCHSPROGRAMM
.
94
3.2.1
VARIIERTE
PARAMETER
.
94
3.2.2
VERSUCHSABLAUF
.
97
3.3
AUSWERTUNG
.
99
3.3.1
RMS-WERTE
IN
ABHAENGIGKEIT
DER
ROHRLAENGSKOORDINATE
.
99
3.3.2
FOURIER-TRANSFORMATION
.
100
3.3.3
ROHRCHARAKTERISTISCHE
FOURIERTRANSFORMIERTE
.
101
SIMULATION
ROHRBUENDELSCHWINGUNGEN
VII
3.3.4
ANALYTISCHE
IDENTIFIKATION
DER
SCHWINGUNGSMODEN
.
102
3.4
FESTSTELLBARE
SCHWINGUNGSPHAENOMENE
.
108
3.4.1
EINZELWIRBELANREGUNG
.
108
3.4.2
FLUIDELASTISCHE
INSTABILITAET
.
109
3.4.3
DOMINANTE
EIGENFREQUENZ
.
109
3.4.4
TURBULENZANREGUNG
.
109
3.5
VALIDIERUNG
DER
MESSUNGEN
ANHAND
THEORETISCHER
UEBERLEGUNGEN
.110
3.5.1
VERGLEICH
BEI
GROSSEN
TEILUNGSVERHAELTNISSEN
.
HO
3.5.2
KRITIK
AM
KONZEPT
DER
HYDRODYNAMISCHEN
ZUSATZMASSEN
.
113
3.5.3
ERWEITERUNG
DES
THEORIEVERGLEICHS
AUF
KLEINE
TEILUNGSVERHAELTNISSE
.115
4
BERECHNUNGSBEISPIELE
.
118
4.1
RELEVANTE
SCHADENSMECHANISMEN
.
118
4.2
BISHERIGE
HALBEMPIRISCHE
ABSICHERUNG
.
118
4.2.1
BESTIMMUNG
DER
ROHREIGENFREQUENZEN
.
118
4.2.2
BESTIMMUNG
DES
STROEMUNGSFELDES
IM
MANTELRAUM
.
120
4.2.3
ANREGUNG
DURCH
EINZELWIRBELABLOESUNG
.
122
4.2.4
HALBEMPIRISCHE
KRITERIEN
GEGEN
FLUIDELASTISCHE
INSTABILITAET
.
125
4.3
ZUSAMMENFASSUNG
UND
METHODENVERGLEICH
.
126
4.4
ERGEBNISSE
AUS
NUMERISCHER
SIMULATION
.
127
4.4.1
AUSWAHL
DES
BEISPIELFALLS
.
127
4.4.2
VORGEHEN
BEI
DER
BERECHNUNG
UND
BERECHNUNGSPARAMETER
.
128
4.4.3
BESCHREIBUNG
DER
SIMULATIONSERGEBNISSE
.
129
5
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
.
134
5.1
ZUSAMMENFASSUNG
DER
ARBEITSINHALTE
.
134
5.2
WEITERENTWICKLUNGEN
GEGENUEBER
KASSERA
-----------------
.
---------
.
135
5.3
VORTEILE
DER
SIMULATION
GEGENUEBER
BISHERIGEN
VERFAHREN
.
139
5.4
VORTEILE
GEGENUEBER
KOMMERZIELLEN
SIMULATIONSCODES
.
140
5.5
MOEGLICHE
ZUKUENFTIGE
ENTWICKLUNGEN
.
141
6
LITERATUR
.
143
7
ANHANG:
FARBABBILDUNGEN
.
163 |
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