彈性管束換熱器管束的受力及應(yīng)力分析.pdf

1、換熱器是熱量交換的基本設(shè)備，并在電力、石油化工等行業(yè)中普遍使用。彈性管束換熱器中管束以復(fù)合曲梁與懸臂梁相結(jié)合的形式，改變了傳統(tǒng)管殼式換熱器管束的剛性固支形式，充分利用管束振動(dòng)來強(qiáng)化換熱。彈性管束換熱器的管束可以利用流體誘導(dǎo)振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無源強(qiáng)化換熱，但仍存在多排管束振動(dòng)不均勻的現(xiàn)象，導(dǎo)致部分管束強(qiáng)化換熱效果不明顯、部分管束振動(dòng)疲勞破壞等問題。因此，利用流體力激勵(lì)和控制彈性管束實(shí)現(xiàn)預(yù)期的振動(dòng)，達(dá)到管束振動(dòng)強(qiáng)化換熱和疲勞壽命的合理匹配的目的，具

2、有重要理論和實(shí)用價(jià)值。本文針對彈性管束換熱器中管束的受力及振動(dòng)不均勻問題，研究了彈性管束在殼程流體作用下的受力規(guī)律及應(yīng)力分布，并對彈性管束支撐端結(jié)構(gòu)及彈性管束結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。本文的主要研究工作如下:
　　(1)建立了單排彈性管束換熱器有限元模型，基于流固耦合的順序耦合方法，利用ANSYS Workbench和CFX分析軟件相結(jié)合對單排彈性管束上不同位置的受力進(jìn)行了仿真模擬。研究了同種工況下單排彈性管束上各點(diǎn)的受力、不同工況下單排彈

3、性管束上同一點(diǎn)的受力，得到了彈性管束沿管束的受力分布和管束受力隨時(shí)間的變化規(guī)律。彈性管束沿管束的受力分布不均勻，彈性管束上各位置在各方向的受力呈現(xiàn)周期性。隨著殼程流速的增大，彈性管束受力幅值呈增大趨勢。
　　(2)建立了多排彈性管束換熱器有限元模型，并對多排彈性管束在殼程流體作用下的受力進(jìn)行了仿真模擬。研究了管排間距以及殼程流速對多排彈性管束受力的影響。管排間距對彈性管束的受力有一定的影響，換熱器內(nèi)各排彈性管束主要受縱向流體力作用

4、。在殼程流速較低時(shí)，彈性管束自由端上各監(jiān)測點(diǎn)受力規(guī)律不一致。隨著殼程流速的增大，各排管束自由端所受流體力趨于單一變化規(guī)律。各排管束的大小自由端受力幅值均不同，殼程來流端彈性管束自由端的受力幅值較大。
　　實(shí)驗(yàn)測得了四排彈性管束大小自由端在各殼程流速下的振動(dòng)加速度頻率及幅值，彈性管束大小自由端加速度幅值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果變化規(guī)律基本一致。
　　(3)模擬分析了實(shí)際工況下彈性管束在殼程流體作用下的應(yīng)力變化情況，分析了殼程流速對