管內(nèi)流體誘導(dǎo)錐螺旋彈性管束振動(dòng)及換熱研究.pdf

1、彈性管束換熱器利用流體誘導(dǎo)彈性管束振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)管束的振動(dòng)強(qiáng)化換熱。與平面彈性管束相比，錐螺旋彈性管束由于其近似的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，固有頻率低，易于實(shí)現(xiàn)流體誘導(dǎo)振動(dòng);管束振動(dòng)時(shí)應(yīng)力分布均勻，交變應(yīng)力幅值小，不易發(fā)生疲勞破壞;管束的錐螺旋結(jié)構(gòu)使管內(nèi)流體在螺旋流動(dòng)時(shí)受離心力的影響，形成有利于對(duì)流換熱的二次流旋渦。本文對(duì)管內(nèi)流體誘導(dǎo)錐螺旋彈性管束的振動(dòng)及換熱性能進(jìn)行了數(shù)值研究，搭建了實(shí)驗(yàn)裝置并實(shí)測(cè)了管內(nèi)流體誘導(dǎo)錐螺旋彈性管束的振動(dòng)響應(yīng)。研究工作對(duì)實(shí)現(xiàn)管內(nèi)

2、流體誘導(dǎo)錐螺旋彈性管束的振動(dòng)和控制，完善彈性管束換熱器設(shè)計(jì)技術(shù)具有重要意義。本文主要研究工作如下:
　　(1)建立了流體繞流圓柱、三角柱、圓柱隔板繞流體的二維仿真模型，研究了流體繞流不同繞流體時(shí)形成的脈動(dòng)流頻率及強(qiáng)度和升阻力系數(shù)變化，分析了圓柱隔板長度對(duì)形成的脈動(dòng)流頻率及強(qiáng)度的影響規(guī)律。三角柱繞流體的綜合繞流特性優(yōu)于圓柱繞流體，且等邊三角柱繞流體的繞流特性優(yōu)于直角三角柱和鈍角三角柱繞流體。改變?nèi)侵卣鏖L度或圓柱尾部隔板長度可以調(diào)

3、節(jié)流體繞流后產(chǎn)生脈動(dòng)流的頻率。
　　(2)建立了錐螺旋彈性管束及管內(nèi)外流體域幾何模型，對(duì)彈性管束的固有特性及管內(nèi)流體誘導(dǎo)錐螺旋彈性管束的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析，得到了管內(nèi)流體流速對(duì)錐螺旋彈性管束振動(dòng)響應(yīng)的變化規(guī)律。錐螺旋彈性管束的振型由橫向振動(dòng)和縱向振動(dòng)構(gòu)成，主要以縱向振動(dòng)為主;在管內(nèi)流體流速為0.1 m/s-0.6m/s的范圍內(nèi)，隨著流速的增加，管內(nèi)流體誘導(dǎo)錐螺旋彈性管束的振動(dòng)頻率基本不變，振幅逐漸增大。在低流速下，管內(nèi)加入繞流

4、體后錐螺旋彈性管束的振幅增加了6.8％。
　　(3)搭建了管內(nèi)流體誘導(dǎo)錐螺旋彈性管束振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)測(cè)了錐螺旋彈性管束監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)，對(duì)數(shù)值模擬方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在管內(nèi)流速為0.1 m/s-1.2m/s的范圍內(nèi)，錐螺旋彈性管束連接體上監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)主頻率均為6Hz，接近管束的第1階固有頻率5.97Hz;管束連接體監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形成空間復(fù)雜軌跡，監(jiān)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻率和振幅實(shí)測(cè)值與仿真結(jié)果的相對(duì)誤差小于10.3％。
　　(4)建立了