浅析管道的理论计算

　　管道理论计算：

　　（1）结构固频计算。管道系统是具有连续质量和结构固频的弹性结构系统。管道受气流脉动激振力作用产生强迫振动，激振频率与结构固频接近时产生结构共振现象。

　　结构固频计算采用大型有限元ANSYS结构分析软件，计算模型选用含6个自由度的PIPE16和PIPE18管单元，具有拉压、扭转和弯曲计算分析能力。边界条件为管道进、出口刚性连接，支承点位移约束，质量集中部件采用改变材料密度计算。

　　（2）气柱固频计算。管道内高压气体形成具有连续质量和固有频率的弹性气柱振动系统。气柱在激振力作用下产生强迫振动，激振频率与气柱固频接近时产生气柱共振现象。

　　气柱固频计算采用转移矩阵法。管道分为若干连续管单元，转移矩阵反映管单元上、下游截面间脉动压力和速度关系，转移矩阵连续相乘获得管道气柱固频方程。管道采用直管和汇流两种计算管单元，支管交汇处为汇流单元，其它为直管单元。5个管单元转移矩阵为直管Mp1、汇流MJ1、直管Mp2、汇流MJ2和直管Mp3。

　　气柱固频计算方程为：P2u2=Mp3*MJ2*Mp2*MJ1*Mp1*P1u1。式中：Mp、MJ――直管和汇流管单元转移矩阵；P、u――脉动压力和速度，下标1、2表示管道进口和出口；边界条件设P1=P2=0，u1=u2=1。利用频率赋值叠代方法，编程计算得到管道气柱固频。