雙金屬換熱管固有振動模態(tài)的研究.pdf

1、隨著工業(yè)技術的發(fā)展，石油、化工、能源及核工業(yè)等行業(yè)對換熱器的要求不斷提高，這使得換熱設備的構造越來越復雜，結構體積越來越大。為了提高換熱管的抗磨損或抗腐蝕能力，同時滿足結構剛度、強度和穩(wěn)定性的要求，換熱管從原來的單金屬管發(fā)展到雙金屬復合管。雙金屬換熱管的內(nèi)管一般為鋼管，外管一般是延展性和傳熱效率更高的鋁管或者是銅管。為了進一步提高熱傳導效率，通常用軋機將外管材料銅或者鋁擠壓成翅片，即形成了目前被廣泛推廣使用的雙金屬復合翅片換熱管。雙金屬

2、復合翅片管具有很多的優(yōu)點，如優(yōu)異的防腐蝕性和優(yōu)良的熱傳導性。但是由于雙金屬復合翅片管屬于不同材料的內(nèi)外管組合管，且外管的翅片導致了其剛度計算的復雜性，因此其振動特性不易求解。
　　目前，國內(nèi)外關于雙金屬復合翅片管振動模態(tài)的研究較少，為了在工程設計中有效的預防和控制雙金屬復合翅片管由于流體誘導振動產(chǎn)生的破壞，本文擬對雙金屬翅片管固有振動模態(tài)進行深入研究。本文采用的研究方法主要是理論分析、實驗測試和有限元模擬，具體內(nèi)容如下：
　

3、?。?）雙金屬光滑管是雙金屬復合翅片管的一種最簡化的結構形式。本文首先對雙金屬光滑管的固有頻率進行了精確分析。理論分析中，將雙金屬管看作并聯(lián)剛度系統(tǒng)，采用等效截面剛度和等效質量法得到雙金屬光滑管固有頻率的理論解析式。并且通過有限元模態(tài)分析，和對銅-鋼-銅三層雙金屬復合管固有頻率的實驗測試方法驗證了理論分析的正確性。
　?。?）按照雙金屬復合翅片管的結構組成形式，將其簡化為串聯(lián)與并聯(lián)組合的剛度系統(tǒng)，推導了雙金屬復合翅片管的等效截面剛

4、度、等效質量以及等效轉動慣量的計算方法，獲得到了雙金屬復合翅片管彎曲振動、扭轉振動和軸向振動固有頻率的理論解析表達式。通過實驗的方法和數(shù)值模擬的方法對該理論方法進行了驗證。研究了翅片幾何參數(shù)，如翅片高度、翅片寬度以及翅片厚度對其固有頻率的影響規(guī)律。
　?。?）雙金屬復合翅片換熱管在管殼式換熱器中常采用U型結構形式安裝，為了對U型雙金屬復合翅片換熱管的流體誘導振動破壞進行預測和控制，需要對其振動模態(tài)進行準確分析。本文采用錘擊法和有限