脈動(dòng)流作用下?lián)Q熱器管束的振動(dòng)特性研究.pdf

1、換熱器是一種廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、食品等行業(yè)的工藝設(shè)備,設(shè)備的安全運(yùn)行對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有著極大的影響。工業(yè)生產(chǎn)中使用的管殼式換熱器隨著生產(chǎn)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大越來越趨向于大型化,管束無支撐跨度增大,剛性變差,為了提高傳熱效率,流體流速不斷提高,換熱器因流體誘導(dǎo)振動(dòng)的破壞現(xiàn)象日益增多。脈動(dòng)流強(qiáng)化傳熱技術(shù)雖然提高了脈動(dòng)流作用下?lián)Q熱器的傳熱效率,但同時(shí)帶來了流體附加的振動(dòng)影響,為使設(shè)備能正常工作,對(duì)脈動(dòng)流作用下?lián)Q熱器的振動(dòng)特性研究體現(xiàn)出較重要的意義

2、。
　　本文首先以試驗(yàn)換熱器結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,基于流固耦合方法在無脈動(dòng)流和存在脈動(dòng)流強(qiáng)化工況下對(duì)該換熱器進(jìn)行振動(dòng)的有限元計(jì)算和分析,即分別研究換熱器在無脈動(dòng)流和脈動(dòng)流強(qiáng)化工況下的模態(tài)特性;再根據(jù)兩種工況下流體對(duì)換熱管的不同作用,分別對(duì)換熱管在無脈動(dòng)流作用下進(jìn)行諧響應(yīng)分析,以及在脈動(dòng)流強(qiáng)化作用下對(duì)換熱管進(jìn)行瞬態(tài)分析。結(jié)果表明:無脈動(dòng)流作用下?lián)Q熱管的模態(tài)振型圖與脈動(dòng)流作用下?lián)Q熱管的振型圖相似,兩種工況下固有頻率相差很小,說明外界流場(chǎng)的變

3、化對(duì)換熱管在流體環(huán)境中的固有振動(dòng)特性的影響很小,或者沒有影響。同時(shí),減小脈動(dòng)流載荷中正弦函數(shù)系數(shù)與常數(shù)項(xiàng)將有利于避免換熱管振動(dòng)失效的發(fā)生。
　　在試驗(yàn)換熱器振動(dòng)分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)而以某公司設(shè)計(jì)的管殼式換熱器為研究對(duì)象,分析脈動(dòng)流強(qiáng)化傳熱技術(shù)對(duì)該換熱器的振動(dòng)影響,對(duì)比和分析其在無脈動(dòng)流和存在脈動(dòng)流強(qiáng)化兩種工況下的振動(dòng)特性。采用多孔介質(zhì)模型模擬其殼程流場(chǎng),通過對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,利用GB151-1999與有限元分析軟件ANSYS計(jì)算換熱管的

4、固有頻率,將兩種方法對(duì)比來確定換熱管的有限元模型,同時(shí)找出影響單根換熱管與管束固有頻率的主要因素,并研究換熱管振動(dòng)變化的規(guī)律。進(jìn)一步采用流固耦合的方法對(duì)該換熱器進(jìn)行模態(tài)分析,再將無脈動(dòng)流作用下得到的殼程流速轉(zhuǎn)化為換熱管外載,加載至相應(yīng)換熱管表面進(jìn)行諧響應(yīng)分析,以及在脈動(dòng)流強(qiáng)化作用下對(duì)換熱管進(jìn)行瞬態(tài)分析,得到管件應(yīng)力分布狀態(tài),并預(yù)測(cè)振動(dòng)失效可能產(chǎn)生的位置。結(jié)果表明:隨著換熱管外徑、壁厚、折流板間距和節(jié)徑比的變化,固有頻率會(huì)有相應(yīng)地變化;根