[发明专利]一种管路系统的流固耦合动力学特性预测方法

权利要求书

1.一种管路系统的流固耦合动力学特性预测方法，其特征在于：其包括以下步骤，

步骤一、根据管路系统中每个管路元件的属性，将管路系统离散为直管元件、弯管元件和管路附件元件三种类型；

步骤二、根据离散后的管路元件的类型，建立各管路元件相应的场传递流固耦合矩阵或点传递流固耦合矩阵；

步骤三、将离散后的管路系统重新组合为若干传递矩阵单元体，且根据所述管路系统预测的管壁弯曲波最小波长或者预测的上限频率计算传递矩阵单元体的特征长度范围；

步骤四、结合管路系统边界处流体已知条件和结构已知条件组成边界条件矩阵和外部激励列向量，利用传递矩阵方法，预测管路系统任意位置的流固耦合动力学特性；

根据所述管路系统预测的管壁弯曲波最小波长计算传递矩阵单元体的最大特征长度的计算方法为：

其中，L_max表示组合后的单元体的最大特征长度，C表示比例系数，表示与管壁杨氏模量(E)，管路内径(R_i)，管路外径(R_o)，管内流体密度(ρ_f)，管壁密度(ρ_p)和泊松比(υ)相关的计算式，λ_min为预测的管壁的弯曲波最小波长；

根据所述管路系统预测的上限频率计算传递矩阵单元体的最大特征长度的计算方法为：

其中，L_max表示组合后的单元体的最大特征长度，C表示比例系数，表示一个与管壁杨氏模量(E)，管路内径(R_i)，管路外径(R_o)，管内流体密度(ρ_f)和管壁密度(ρ_p)相关的计算式，s_max表示可以预测的上限频率。

2.如权利要求1所述的一种管路系统的流固耦合动力学特性预测方法，其特征在于：离散管路系统时，管路系统包括场传递元件和点传递元件，所述场传递元件包括直管元件和弯管元件，所述点传递元件为管路附件元件。

3.如权利要求2所述的一种管路系统的流固耦合动力学特性预测方法，其特征在于：

所述管路附件元件包括管路支撑、分支接头和阀门。

4.如权利要求1所述的一种管路系统的流固耦合动力学特性预测方法，其特征在于：对于任意的管路系统,其任意考察位置的状态向量的预测方法为：

其中，Φ_arb表示在管路系统中选取的任意考察位置的状态向量，U_arb表示从任意考察位置所在的单元体的始端到考察位置的传递矩阵，U_tq表示提取矩阵,其作用是将考察位置所在单元体的始端的状态矩阵从管路系统的整体传递矩阵中提取出来,D表示由流体已知条件和结构已知条件组成的边界条件矩阵,U_tr表示由各单元体共同组成的整体传递矩阵，[]^-1表示矩阵的逆阵，F_exi表示管路系统的外部激励列向量。

5.如权利要求4所述的一种管路系统的流固耦合动力学特性预测方法，其特征在于：当管路系统由单个单元体组成时，通过下述的方法计算管路系统任意考察位置的状态向量：

其中，N表示用于描述管路系统流固耦合振动的变量数，其值为大于等于2的自然数，Φ_arb表示在管路系统中选取的任意考察位置的状态向量，0_N×N表示N×N维的零矩阵，I_N×N表示N×N维的单位矩阵，D_N×3N表示N×3N维的边界条件矩阵，U1_N×N表示从管路始端到考察位置的N×N维的传递矩阵，U2_N×N表示从考察位置到管路末端的N×3N维传递矩阵，[]^-1表示矩阵的逆阵，F_3N×N表示3N×N维的激励列向量。