Page 227 - 《振动工程学报》2025年第9期

矩形
矩形
圆形
圆形
圆环形
圆环形
形
形
频率
外激励频率比λ
频率
阻尼比ξ
溶液黏度 −1 −6 · −6 −6 −6
外激励频率比λ 时间
第 9 期 罗 帅，等：增稠剂对调谐液体阻尼器阻尼比与频率的影响研究 2157
阻尼比 黏度

140
30
25 120
无量纲波高η′ / % 15 剩余率 / % 100
20
80
10
5 60
0 0 10 20 30 40 50 60
0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 时间T / d
外激励频率比λ (b) 剩余率
(c) 无量纲波高 (b) Surplus rate
(c) Non-dimension wave height

图 14 时间对 TLD 性能影响规律
图 13 外激励频率比对 TLD 性能影响规律
Fig. 14 Effect of time on TLD performance
Fig. 13 Effect of excitation frequency ratio on TLD performance
律。从图 13 中可以看出，激励频率比在共振频率附 4 CFD 数 值 仿 真 研 究
近变化时，4 种类型 TLD 的频率基本保持不变，阻尼
比除个别变化较大外也大致平稳，而波高在共振频 4.1 无关性验证
率附近出现最大值。总体而言，线性晃动时外激励
一般而言，网格尺寸和时间步长越小，数值模拟
频率几乎不影响 TLD 系统频率和阻尼比，但为增大
计算的结果越精确，但是这势必会降低计算效率。
晃动效应，达到最优减振效果，应将 TLD 频率调谐
为了均衡计算效率及计算精确度，有必要进行网格
至结构固有频率附近。
无关性验证和时间步长无关性验证，以确定最合适

3.4 增稠剂放置时间的影响 的网格尺寸和时间步长。本文以矩形 TLD 模型进行
验证，网格尺寸分别取 20.0、10.0、5.0、1.0 mm；时间
化 学 试 剂 需 要 考 虑 其 时 效 性， 配 置 SA 溶 液
步长分别取 0.01、0.005 和 0.001 s。
2
(100×10 m /s)、CMC-Na 溶液 (100×10 m /s) 和 CMC-
−6
−6
2
分别对比不同网格尺寸或者不同时间步长的阻
−6
Na 溶液 (500×10 m /s)3 种溶液，室温下对其黏度和
2
尼比计算结果，验证结果如表 3 所示。由表 3 可知，
剩余率进行了 60 天的连续测量。图 14 给出了上述
网格尺寸和时间步长越小，TLD 阻尼比 ξ仿真值越趋
三种液体黏度和剩余率随时间的变化规律。从图 14
近稳定。网格尺寸 5.0 mm 和 1.0 mm 结果基本一致，
中可以看出，随着时间增加，三种增稠液体黏度均呈
因此网格尺寸取为 5.0 mm；时间步长 0.005 s 和 0.001 s
现下降趋势，同一类型的增稠剂，液体黏度越高越容
结果基本一致，时间步长取为 0.005 s。
易保持持久性能，而黏度低的增稠液体会降低为与
纯水相当的黏度值；不同类型的增稠剂，液体黏度下 表 3 无关性验证结果
降 趋 势 大 致 一 致； 随 时 间 增 加 ， 水 箱 内 的 液 体 会 Tab. 3 Independence verification results

挥发，不同的增稠剂对挥发性能影响不大，液体挥
网格尺寸/mm 阻尼比 ξ/% 时间步长/s 阻尼比 ξ/%
发将引起 TLD 水深比变化，从而导致 TLD 系统频率
20.0 0.43 0.01 0.37
失谐。 10.0 0.36 0.005 0.32

−6
2
2
SA(100×10 m /s) CMC-Na(100×10 m /s) 5.0 0.32 0.001 0.30
−6
−6
2
CMC-Na(500×10 m /s)
1.0 0.31
500 4.2 模型验证
溶液黏度u / (10 −6 m 2 ·s −1 ) 300 FLUENT 软件进行数值模拟，建立矩形 TLD 水箱模
400
为了研究
尺寸对性能影响规律，本文利用
TLD
200
100
求解器设
0 型，TLD 尺寸与前述试验水箱相同，设置不同液体黏
度进行仿真并与试验结果比对。FLUENT
0 10 20 30 40 50 60 置 [12] 具体为：采用压力基、隐式和瞬态求解，通过编
时间T / d
译 UDF 文件，给 TLD 施加外部激励，利用 VOF 多相
(a) 黏度
(a) Viscosity 流 模 型 捕 捉 气 液 交 界 面， 图 为 水 箱 仿 真 模 型 。
140
15
剩余率

时间
剩余率