脈動流作用下?lián)Q熱器管束的振動特性研究.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)備的安全運行對工業(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)振動的破壞現(xiàn)象日益增多。脈動流強化傳熱技術(shù)雖然提高了脈動流作用下?lián)Q熱器的傳熱效率,但同時帶來了流體附加的振動影響,為使設(shè)備能正常工作,對脈動流作用下?lián)Q熱器的振動特性研究體現(xiàn)出較重要的意義

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

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

4、固有頻率,將兩種方法對比來確定換熱管的有限元模型,同時找出影響單根換熱管與管束固有頻率的主要因素,并研究換熱管振動變化的規(guī)律。進一步采用流固耦合的方法對該換熱器進行模態(tài)分析,再將無脈動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)換熱管表面進行諧響應(yīng)分析,以及在脈動流強化作用下對換熱管進行瞬態(tài)分析,得到管件應(yīng)力分布狀態(tài),并預(yù)測振動失效可能產(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,固有頻率會有相應(yīng)地變化;根