方江龙 王小鹏 陈天宁 李连升

摘要：

为了研究颗粒进入对流状态时非阻塞性颗粒阻尼（NOPD）的能量耗散机理，引入颗粒流理论建立NOPD能量耗散的解析模型。借助离散单元法（DEM）初步研究了阻尼器内部颗粒的对流运动，引入普朗特混合长度理论对稠密颗粒流本构关系进行修正；借鉴振荡流理论最终得到NOPD的能量耗散解析模型。研究结果得到NOPD能量耗散率随颗粒参数变化的一般规律。在此基础上，搭建NOPD能量耗散功率测试实验台，对NOPD的能量耗散功率进行测试，验证了上述模型的正确性。研究结果进一步揭示了颗粒处于对流状态时NOPD能量耗散机理，为NOPD的应用提供了理论指导。

关键词： NOPD； 颗粒对流； 稠密颗粒流； 能量耗散模型

中图分类号：O328

文献标志码： A

文章编号： 1004-4523（2016）03-0371-09

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2016.03.001

引言

NOPD是将金属或者非金属颗粒按一定的填充比填充到空腔结构内，通过颗粒与颗粒以及颗粒与腔壁之间的碰撞和摩擦作用，来耗散振动能量，从而起到减振目的[1]。与传统的阻尼技术，如摩擦阻尼、黏弹性阻尼等相比，NOPD的减振效果不受温度、腐蚀、老化等因素的影响，因而能够适应恶劣的工作环境[2]。这一技术最早由Panossia提出，经过几十年的发展，已经被成功应用于航天飞机发动机分流叶片、齿轮机组、捆钞机等不同结构中[3-4]。但由于NOPD的能量耗散机理复杂，而且在不同的振动条件下，阻尼器内部颗粒存在明显的流变行为[5-6]。因而目前对NOPD的研究仍以实验分析和简单模型的仿真计算为主，并未有一个统一的理论模型来描述其耗能机理，并指导其在不同工况下的应用，从而限制了NOPD的应用范围。……