Page 247 - 《振动工程学报》2026年第5期

第 5 期 麦耘翔，等：外流与段塞内流联合作用下弹性管流致振动特性研究 1451

ε g =0 ε g =0.1 ε g =0.3 ε g =0.5 ε g =0.7 ε g =0.9
1.0 1.0
0.8 0.8

0.6 0.6
l / L l / L
0.4 0.4

0.2 0.2

0 0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
横流向RMS A/D 顺流向RMS A/D
(a) 横流向上的RMS A/D值 (b) 顺流向上的RMS A/D值
(a) RMS A/D pattern of cross-flow direction (b) RMS A/D pattern of in-line direction

图 5 V uni =0.5 m/s 时，不同内流气液比下弹性管的时均 RMS A/D 值包络图
Fig. 5 When V uni =0.5 m/s, the envelope diagram of time-averaged RMS A/D values for the pipe axis under different internal gas-liquid
ratios

ε g =0 ε g =0.1 ε g =0.3 ε g =0.5 ε g =0.7 ε g =0.9
1.0 1.0
0.8 0.8

0.6 0.6
l / L l / L
0.4 0.4

0.2 0.2
0 0
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
横流向RMS A/D 顺流向RMS A/D
(a) 横流向上的RMS A/D值 (b) 顺流向上的RMS A/D值
(a) RMS A/D pattern of cross-flow direction (b) RMS A/D pattern of in-line direction

图 6 V uni =1.0 m/s 时，不同内流气液比下弹性管的时均 RMS A/D 值包络图
Fig. 6 When V uni =1.0 m/s, the envelope diagram of time-averaged RMS A/D values for the pipe axis udner different internal gas-liquid
ratios

V uni =1.0 m/s 时，横流向上的弹性管时均 RMS A/D 弹性管在顺流向上的振动响应包络图可知，内部气
包络图如图 6(a) 所示。当 ε g =0 时，含单相内流弹性 液比的变化对弹性管的振动幅值存在显著影响。当
管振型呈现出较弱的 5 阶振动模态，其 RMS A/D 最 ε g 从 0 增加到 0.9 时，弹性管 RMS A/D 值也随之依次
大值为 0.07。当 ε g =0.1 时，弹性管呈 4 阶振动模态， 增 加， 具 体 数 值 分 别 为 0.13、 0.14、 0.15、 0.16、 0.17、
并沿轴向呈现出空间不对称的分布形式，其中包络 0.18，均呈现显性的 7 阶振动模态。在单相流工况
波 峰 最 大 值 集 中在 A 端 附 近 ， RMS A/D 最 大 值 为 下，弹性管因管内液体含量较高，附加质量效应显
0.08，这是由于在低气液比条件下气体成分相对较 著，致使振动幅值处于较低水平，通常激发较低阶振
少，段塞流的形成受到一定限制，流体沿弹性管分布 动模态 [30] ；相较之下，段塞流弹性管由于气体介质的
不均匀，导致局部压力载荷主要集中在入口位置（即 引入，使得系统等效质量减小，进而在振动响应中能
A 端）。当 ε g =0.3，0.5 时，沿管轴向 RMS A/D 最大值 够激发更高阶的振动模态。
分别增加至 0.1、0.12，弹性管依然维持在较为稳定的 段塞输流作为一种典型的非连续周期性流动现
显性 4 阶非均匀振动模态，波峰最大值仍处于 A 端 象，其特征是存在间歇性的压力波动，随着气液比的
附近。当 ε g 进一步提升至 0.7 时，RMS A/D 的最大值 变化，段塞的形态、频率以及强度都会发生改变，从
达到了 0.14，与前 3 个工况相比，包络波峰最大值向 而影响弹性管动力学特性。综合分析上述工况可以
B 端偏移。当 ε g 继续增加至 0.9 时，RMS A/D 的最大 发现，当 V uni =1.0 m/s 时，泻涡脱落频率 F 4th,vor =10 Hz，
值增至 0.16，弹性管的振型由沿管轴的不对称分布 接近管体固有频率 F 4th =9.67 Hz，加剧弹性管共振响
形态转变为波峰较为均匀的 4 阶振动模态。由图 6(b) 应 [31] ；同时随着气液比的升高，内流含气量增加，流