1、研究的目的及意义（含国内外研究现状）

二回路管路系统是将核蒸汽供应系统产生的热能转变成电能，亦可在停机或者事故工况下，保证核蒸汽供应系统的冷却。组成上是朗肯循环的基础上附加再热循环与回热循环。管路元件与蒸汽的流动特性是引起蒸汽管路振动的主要原因而且蒸汽管路的振动特性受到管内蒸汽压力与流速等参数的影响。

1.1国外研究现状

1950 年 Ashley^[1]等第一次用梁模型对管道振动问题进行了研究。时隔不久，Housner^[2]和 Doddos 等都对此问题进行了理论与实验研究。七十年代初期之后，日本的酒井敏之^[3]、山田荣^[4]、叶山真治^[5]、藤川猛，以及美国的 Benson^[6]、Maclaren 等人的工作，将管道振动问题的研究逐步引向深入。Blade、Lewis 和Goodykoonts 的研究了具有 90 度弯角的管道，该文首先采用分析方法计算了液体和管道的响应，结果与实验有良好的一致，随后 Davidson 和 Smith 提出了传递矩阵分析方法。1972 年 Davidson 把该方法推广到空间管道，并把计算结果与实验进行比较。另外，加拿大的 Paidoussis 对输流管道的流体诱发振动及其稳定性进行了长期的理论和实验研究，在国际尚处于领先水平。^[7]美国的 S.S.Chen在论文中曾详细介绍了这一领域中他本人及各国学者的主要成果和方法。但事实上，在液体动压力作用下，输液管呈现梁模态是具有条件的。显然，用梁模型来模拟薄壁管的运动并不合适。管道越短越薄，振动时所对应的环向模态数就越大。所以对于这类结构，人们引入壳单元模型。七十年代初，人们的注意力开始转向输液圆柱薄壳做了全面的理论与实验研究，指出对任何端部支承部都可能发生颤振失稳。壳模型的引入，提高了精度，扩大了适用性，同时也带来了一定的难度，从而围绕各类壳方程的适用范围和简化模型的应用，学者们作了广泛的探讨。Matsuzaki 和 Funy 提出适用于分析低阶环向模态的 Morley 方程来分析输液管问题，此方法精度较高，而且满足壳体横截面边界条件。

同时，用梁单元研究输液管道的工作，也在深入，但此时的模型以及研究重点与早期的工作已经大不相同了，鉴于壳单元理论和梁单元理论所引入的无量纲参数不同，不便比较两种理论所得的临界速度和频率。Paidoussis 建立了无量纲流速和频率关系式，给出了两端固定薄壁输液管的屈曲临界流速的比较曲线。

在流体管道动态分析的早期研究中，主要考虑管道中流体的弹性和惯性作用，提出无损一维波动方程来描述管内的非恒定流动。以后在考虑粘性时，也仅仅增加一项与速度成正比的粘性损失项，得到一个平均摩擦模型，但这种模型对管径小，流体粘度高的情况，就有较大的误差。直到 1950 年，Iberall 提出了包含粘性摩擦和热传导两个因素的流体管路第一个完整的高级模型，并将它表示成管路特性阻抗常数的形式，由于这个模型中的流体耗散是频率的函数，是流体中高频分量比只考虑线性摩擦时有更大的衰减。因此，比管路无损模型和平均摩擦模型更加完善和接近实际情况，成为那时以来研究工作的主要理论基础，但其结果十分复杂，不便实际应用。美国的 E.E.ALLEN 研究流体管道系统噪声主要分析控制阀引起的噪声，而没有人从整个系统角度来分析。而实际中，管道系统的振动噪声并非单独由阀门引起的，而是整个系统设计不合理，实际改造过程中单独对阀门进行研究意义不是很大。在 Pennsylvania 的噪声控制研究所有 Dr.GerhardReethof 等一组人研究了管道内壁压力波动与阀的噪声关系。他们还研究了管道内的紊流噪声。研究了可压缩流体给阀产生的过程。在洛山矶加州大学Dr.S.Bdong 和 Dr.C.Lin 研究圆形管道中不均匀介质的声传播。在麻省理工学院的 Dr.Lyon 通过边界层流动、剪切力分析，研究层流中各层气流不同流速的各层中的声速变化等。他们都是对关于管道振动某一方面进行了研究，并且都是在理想边界条件下分析，若对指导解决整个供水系统的振动噪声而言，其研究结果存在着局限性，并不足以完全用来解决问题。在各类具体物体模型的难度和光度增大的同时，种种分析计算方法也相继被引入讨论，有限元方法的使用使得所研究的输液管模型更有一般性，对于描述输液管道的不同复合变形来说，有限元比传递矩阵法适应性更强。

1.2国内研究现状

从 1974 年开始，西安交通大学的管道振动研究组结合生产现场的管道振动问题，陆续推出了自己的理论、仿真程序和实验结果，^[8][9]并在解决现场的管道振动中创造了经济效益。1983 年，徐家轩^[10]对压缩机管道系统结构进行了计算，给出了阀门、法兰、缓冲器、分离器、支承等的力学模型。1984 年，党锡淇^[11]完成了专著《活塞式压缩机气流脉动与管道振动》，系统地阐述了气流脉动与管道振动研究的基础理论、方法及工程应用等。但以上这些研究仅局限于气流脉动，且需要专业人员到现场分析、测试、采取消振措施。1985 年，曹秉刚^[12]分析了液压系统流量、压力脉动和噪声的关系，并对滤波器进行了理论分析和试验。此外，西安交通大学还研究了穿膛式液流脉动消声器和孔板消减气流脉动的机理，消振效果不错。但液压滤波器增加了能量消耗，且需针对管网系统进行专门设计。

哈尔滨工业大学重点研究了管路中滤波器减振问题。1988 年，曾祥荣^[13]研究了 H 型液压消声器在系统中的安装位置对消除压力脉动的影响。1990 年，他又研究了多孔同心式消声器^[14]，该消声器是用共振原理来衰减和吸收脉动，频域较宽，合理的设计和安装可使压力脉动大大降低。1990 年，赵彤^[15]研究了液压管路分布参数模型难于在实际中应用的困难。1991，赵定克对串联和并联蓄能器进行了理论分析和对比实验，结果前者对压力脉动的衰减作用远优于后者，且频率范围较宽。但这些成果距离实际应用还有一定的差距，且仅作为补救措施。

北京航空航天大学针对飞机一些特定管路发生破裂的原因，进行了多方面的研究。1983 年，任玉鉴^[16]对典型的液压管路谐振进行了实验分析。1986 年，李培滋^[17]对泵源进行了实验分析，讨论了泵源脉动流量的液压流量避开激振能量较大的频率区域。1988 年，成如翼^[18]研究了液压管道脉动问题的适应性和激波，用解析的方法对液压管道中的脉动非线形波的性态，尤其是关于激波的形成及性质作了一些探讨。1988 年，蒋荀^[19]根据流体管路动态基本方程，提出了压力波速在线测量中的简便易行的高精度频域方法，并进行了实际验证。但这些成果尚处于实验研究阶段，有待于应用到工程实际中去。