多种柱体的附加质量的实验研究

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1、硕士学位论文多种柱体的附加质量的实验研究ADDEDMASSOFCYLINDERSOFDIFFERENTSHAPES陈光皓哈尔滨工业大学2018年1月国内图书分类号：O353.1学校代码：10213国际图书分类号：532.5密级：公开工学硕士学位论文多种柱体的附加质量的实验研究硕士研究生：陈光皓导师：AlamMd.Mahbub教授申请学位：工学硕士学科：动力工程及工程热物理所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O353.1U.D.C

2、:532.5AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringADDEDMASSOFCYLINDERSOFDIFFERENTSHAPESCandidate：ChenGuanghaoSupervisor：Prof.AlamMd.MahbubAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Pow

3、erEngineeringandEngineeringThermophysicsAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要科学界对于附加质量的研究已经持续了一百多年，由此提出的一些基础理论及框架已经基本形成并得到发展。本文将创新性地通过自行设计的实验装置针对一系列关于垂直柱体管状结构（圆柱、方柱、平板

4、）在空气及不同液体（包括水和15号液态石蜡油）中的自由衰减振动实验来探究附加质量作用与不同柱体形状、自身旋转角度以及液体特性（密度、粘度）的关系.这即为本实验的主要目标。本实验将会主要以无量纲的附加质量系数Ca作为研究对象。关于Ca的计算有两种主要方法，本文中均有提及。其一是通过比较在空气中和在液体中的振动固有频率的差异来计算Ca的数值。该方法计算简便准确度高，并可以得到Ca与方柱平板等柱体的自身旋转角度的关系，但理论认为衰减振动自身的固有频率只可取自于小振幅区域，而且对于完整的一次振动过程只能计算

5、一个整体的数值，所以该方法存在一定局限性。其二是通过关于等效动力方程的推论基于微积分算式来计算Ca，该方法直接采用试验获得的瞬时位移及力信号作为计算数据来源，可以实现计算每一个完整振动周期的Ca值，无须受振幅大小限制。实验发现用第一种方法计算的基于频率的Ca与自身旋转角度存在比较明显的对应关系。由第二种方法计算并比较的结果来看，液体密度与附加质量的值有关，并且无量纲化之后得到的Ca值基本相同，然而流体黏性对于Ca的影响极其微弱，可忽略不计。这与前人文献记述的基本相吻合。除此之外，每个周期的Ca值与该

6、周期的无量纲化振幅A/D的关系示意图也将在结果中呈现。通过比较及拟合曲线的使用，使文中提到的两种不同的计算方法得到验证并实现了统一化。关键词：附加质量；液体特性；衰减运动；无量纲化-I-AbstractABSTRACTTheexplorationofaddedmasshasbecomeapartoffluiddynamicsformorethanacentury,manyresearchershavecontributedaseriesofbasictheoreticalconclusions.In

7、thispaper,severalinnovativeexperimentswillbemanipulatedabouttheaddedmassbehaviorofverticalcylindersindifferentshapes(circularcylinder,squarecylinderandrectangularplate)oscillatinginstillfluids(includingwaterandparaffinoil).Therearetwomainobjectivesofth

8、estudy,thefirstisthedependenceofaddedmasswiththeorientationangleofsquarecylinderandrectangularplate,andthesecondistobetherelationshipsbetweentheaddedmassandfluidproperties.Theprojectaimsatresearchingtheaddedmasseffectviacalculatingtheva