李小虎

    (森松(江苏)重工有限公司，上海 200135)

    反应釜广泛应用于石油、化工、医药等领域，而反应釜中的搅拌装置占据着其中的核心位置[1-2]。反应釜在工作中可能发生搅拌装置与容器共振，如何避免这一风险将是评估整个设备安全性的重要指标之一。在评判振动问题中，首先要进行模态分析得到容器的固有频率，然后与搅拌装置的频率进行对比分析。在工程应用上模态分析主要分为干模态和湿模态两种方法，干模态不考虑设备内流体对设备的影响，仅通过附加质量法将设备内介质的重量增加到容器本身，该方法计算简单，但结果精度较低；湿模态即考虑设备周围流体对其频率的影响，能够准确地得出设备在浸水状态下的真实频率，但该方法计算复杂，工作量大[3-5]。

    对于大部分反应釜，容器内部附件少，因此校核设备振动时仅需考虑容器本体与搅拌装置的共振问题，对于此类问题通过简单的质量附加法即可满足计算要求，笔者之前对搅拌装置与容器共振问题、搅拌口密封面偏转角及搅拌疲劳等方面进行了全面分析[6]。但对于大型薄壁设备充满水且设备内部有很多内件的情况，由于很难得到准确的附加质量分布，因此采用干模态算法已不能准确得到各部件在流体影响下的真实频率，此时就需要采用湿模态算法，可以直接考虑液体真实的质量效应。

    目前湿模态算法已应用于各行各业，相关的文献研究很多[7-10]，这些文章多集中于计算方法的理论公式解析及容器壳体模拟，模型较为简单，对于设备内件的频率分析很少。本文基于声-固耦合方法对大型满水设备的内件进行湿模态分析，并对采用干、湿模态的模拟结果进行对比分析，为设备内件在浸水状态下的频率提供了更为精确的工程计算方法。

    1 有限元算法简述

    目前在工程上计算湿模态的方法主要有声-固耦合法和虚拟质量法两种。声-固耦合法属于有限元范畴，它是在拉格朗日坐标系下研究流体、固体及其相互作用的动力学行为的一种方法[9]。通过固体和液体的交界面建立耦合关系，需分别划分固体和液体网格，计算精度高但求解慢。虚拟质量法简化了流体和固体结构之间复杂的相互作用，将流体对固体的作用以固定的附加质量形式来体现 ......