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可渗透圆柱壳与球壳的流固耦合问题研究

曹文斌  
【摘要】: 流固耦合力学是流体力学与固体力学相互交叉而生成的新兴力学分支。它的研究对象是固体在流场作用下的力学行为以及固体变形或运动对流场的影响。流固耦合问题以其研究问题的广泛性和交叉性使得在理论及应用上都具有非常重要的理论意义和应用价值。因此在国内外已经成为一个比较热门的研究方向并且有很多成果已经应用于工程实践。 针对可渗透性圆柱壳,假定孔的面积很小,不考虑其阻力,忽略孔对弯曲刚度和壳体腔内流体微小运动的影响,依据弹性薄壳的非线性理论和流体力学基本方程应用相容欧拉-拉格朗日法建立了带孔的圆柱壳在理想流体中流固耦合的基本方程及关系式;给出了求壳体变形解的临界条件,指出圆柱壳在一定条件下渗透性越好变形越小。 在小雷诺数的前提下,建立了渗透球壳在流体中流固耦合的基本关系式,并通过摄动法求解了渗透球壳在粘性流体中的流函数,进一步解出其变形及内力解。通过具体算例,给出了壳的变形及内力图,并对有关参数进行讨论,绘出相关曲线。通过分析渗透系数k和流速的变化得到变形及内力的变化规律;指出了在球壳迎流的子午面上对应三个角度处的变形为零。经过分析计算圆柱壳与球壳的各个物理量在远离壳体表面迅速趋向于稳定值。


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