Page 228 - 《振动工程学报》2025年第9期

2158 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

图 16 给出了不同液体黏度下，矩形水箱阻尼比的模 7 理论值(矩形)
仿真值(矩形)
拟结果与试验值的比较，从图 16 中可以看出，不同 6
理论值(圆形)
液体黏度下，试验结果均与模拟结果吻合较好。 仿真值(圆形)
频率f / Hz 5 4 3 仿真值(圆环形)
理论值(圆环形)
理论值(U形)
2 仿真值(U形)
1
0
0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
振动方向尺寸L / m
(a) 频率
(a) Frequency

50
图 15 水箱仿真模型 矩形
圆形
Fig. 15 Water tank simulation model 40
圆环形
U形
12 30
试验结果
10 8 模拟结果 阻尼比ξ / % 20
阻尼比ξ / % 6 10 0

4
0.8
0
1.2
0.4
振动方向尺寸L / m 1.6 2.0
2
(b) 阻尼比
(b) Damping ratio
0
0 100 200 300 400 500 600 700
−6
−1
溶液黏度u / (10 m ·s ) 图 17 尺寸模拟结果
2

Fig. 17 Dimensional simulation result
图 16 黏度验证结果
Fig. 16 Viscosity verification result 看出，2 种水箱液面曲线基本一致，说明 CFD 数值计

算能够很好地反映小振幅下的水箱晃动响应。
4.3 模拟工况及结果分析
仿真模拟工况如表 4 所示。

表 4 仿真模拟工况
Tab. 4 Simulation cases
(a) 试验 (b) 仿真

振动方向 液面水深/ 振动方向 液面水深/ 振动方向 液面水深/ (a) Experiment (b) Simulation

尺寸/cm cm 尺寸/cm cm 尺寸/cm cm
图 18 矩形水箱液面曲线对比
2 1 30 15 120 60
Fig. 18 Comparison of liquid level curve of rectangular tank
5 2.5 60 30 150 75

10 5 90 45 180 90

图 17 为给定液体黏度下，4 种类型 TLD 尺寸模
拟结果。从图 17 中可以看出，随着尺寸增加，TLD
的频率和阻尼比仿真值均下降；在尺寸较小时，频率
和阻尼比相当大，这是受表面张力影响，并在文献 [26]
(a) 试验 (b) 仿真
中得到了试验验证；各种尺寸下，频率仿真值均能与 (a) Experiment (b) Simulation

纯水理论计算值吻合良好。上述仿真结果表明：液 图 19 圆形水箱液面曲线对比
体黏度不影响 TLD 固有频率，同一液体黏度下，随 Fig. 19 Comparison of liquid level curve of circular tank
着尺寸增加，TLD 阻尼比有下降趋势。因此，采用增加
黏度方式增加 TLD 阻尼比时，要合理选择水箱尺寸。 5 结 论
除此之外，还对比了振动台试验与 CFD 仿真的
水箱特征液面曲线，以矩形和圆形水箱举例，特征液 采用振动台试验和 CFD 数值模拟方法，研究了
面曲线如图 18 和图 19 所示。从图 18 和图 19 可以 增稠剂对 4 种类型的 TLD 系统频率和阻尼比的影响