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，實(shí)現(xiàn)無源強(qiáng)化換熱，但仍存在多排管束振動不均勻的現(xiàn)象，導(dǎo)致部分管束強(qiáng)化換熱效果不明顯、部分管束振動疲勞破壞等問題。因此，利用流體力激勵和控制彈性管束實(shí)現(xiàn)預(yù)期的振動，達(dá)到管束振動強(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)用價值。本文針對彈性管束換熱器中管束的受力及振動不均勻問題，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，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