垂直微結(jié)構(gòu)湍流剖面儀流致振動(dòng)分析

1、 垂直微結(jié)構(gòu)湍流剖面儀 垂直微結(jié)構(gòu)湍流剖面儀 流致振動(dòng)分析 流致振動(dòng)分析 The Flow-induced Vibration Analysis of Microstructure Turbulence profiler 學(xué)科專業(yè)：機(jī)械工程 研 究 生：蘭世泉 指導(dǎo)老師：劉玉紅 副教授 天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 二零一二年十一月 摘 要 海洋剪切流數(shù)據(jù)是研究海洋宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律和動(dòng)能耗散率的重要原始資料，對(duì)建立海洋物理模型進(jìn)而研究海洋宏觀運(yùn)

2、動(dòng)有重要意義。自由下落式微結(jié)構(gòu)湍流剖面儀（垂直剖面儀）是目前獲取海水剪切流數(shù)據(jù)最普遍和最有效的測(cè)量平臺(tái)，在世界各國(guó)引起了普遍關(guān)注。垂直剖面儀的流致振動(dòng)是由其工作方式引起的不可避免的現(xiàn)象，流致振動(dòng)決定著剖面儀流速剪切譜的修正及湍動(dòng)能耗散率的測(cè)量下限，制約著垂直剖面儀的測(cè)量精度，是垂直剖面儀（尤其是深海剖面儀）在設(shè)計(jì)與使用時(shí)必須考慮的問(wèn)題。 目前，對(duì)剖面儀流致振動(dòng)的研究主要是通過(guò)水域試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行，即在剖面儀使用過(guò)程中通過(guò)分析剖面儀攜帶的加速度

3、傳感器測(cè)得的加速度信號(hào)獲得剖面儀的流致振動(dòng)情況。然而進(jìn)行水域試驗(yàn)首先需要制造出剖面儀樣機(jī)，會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間及人力、物力和財(cái)力。為解決這一困境，本文致力于尋找一種方便、快捷、有效的方法來(lái)計(jì)算剖面儀的流致振動(dòng)，研究影響剖面儀流致振動(dòng)的因素及影響規(guī)律，為海洋微結(jié)構(gòu)湍流剖面儀的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。本文研究獲得如下成果： （1） 將剛體轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)與流體力學(xué)理論相結(jié)合， 推導(dǎo)了垂直剖面儀在水中自由下降時(shí)流致振動(dòng)的轉(zhuǎn)軸位置，為剖面儀流致振動(dòng)的準(zhǔn)確估算奠

4、定了基礎(chǔ)。 （2）以實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的垂直剖面儀為研究對(duì)象，基于 ansys Workbench數(shù)值仿真平臺(tái)， 通過(guò)對(duì) UDF 功能的成功開(kāi)發(fā)， 構(gòu)建了計(jì)算垂直微結(jié)構(gòu)剖面儀流致振動(dòng)的流固耦合數(shù)值模型。利用該流固耦合數(shù)值模型，可得到剖面儀下降過(guò)程中流致振動(dòng)的速度與位移，進(jìn)而可計(jì)算出流致振動(dòng)的頻率與加速度，并通過(guò)水域試驗(yàn)驗(yàn)證了該數(shù)值模型計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。 （3）運(yùn)用提出的流固耦合數(shù)值計(jì)算方法，研究了剖面儀的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、重浮心之間的相對(duì)位置及剖面