方形排布管束流體彈性不穩(wěn)定性研究.pdf

1、管殼式換熱器內(nèi)的管束時(shí)刻承受橫向流的沖刷,極易由于流體誘發(fā)振動(dòng)而發(fā)生破壞。其中流體彈性不穩(wěn)定性是換熱器管束振動(dòng)中最重要的激振機(jī)理,對(duì)這一機(jī)理的研究對(duì)換熱器的合理設(shè)計(jì)與安全運(yùn)行都有重要的意義。
　　本文通過(guò)水洞實(shí)驗(yàn),對(duì)節(jié)徑比S/d=1.28的正方形排布管束,在不同流速下管束的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了測(cè)定與研究,得到了管束振動(dòng)隨流速變化的規(guī)律。
　　采用計(jì)算流體力學(xué)方法,建立了管束流固耦合模型,研究了湍流模型與軸向尺寸對(duì)計(jì)算模型的影響,建

2、立了適宜的數(shù)值計(jì)算模型,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,可以采用大渦模型、軸向尺寸為d的計(jì)算模型對(duì)流體彈性不穩(wěn)定性進(jìn)行研究,該模型在管束振幅與頻譜響應(yīng)的一般趨勢(shì)上能同實(shí)驗(yàn)很好地吻合,但是在均方根幅值預(yù)測(cè)上有較大誤差。
　　采用建立的流固耦合模型對(duì)管束的流體彈性不穩(wěn)定性振動(dòng)特性進(jìn)行了研究,結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分析表明臨界流速之后管束的主振方向會(huì)隨流速發(fā)生變化,管束位置對(duì)此也有一定影響;相鄰管束之間的振動(dòng)在臨界流速之后呈現(xiàn)180°的相位差。

3、對(duì)現(xiàn)有的臨界流速獲取方法進(jìn)行了探討,分析表明,采用感官判斷的方法可以判斷流體彈性不穩(wěn)定性的發(fā)生,但是準(zhǔn)確性較低,實(shí)際應(yīng)用中需要較強(qiáng)的工程經(jīng)驗(yàn);振幅-流速圖方法能很直觀的判斷管束的臨界流速,但存在一定誤差,需要預(yù)先判斷主振方向才能提高預(yù)測(cè)的效果;頻譜數(shù)據(jù)分析方法對(duì)于重相流體下管束的臨界流速預(yù)估較為準(zhǔn)確,但不適用于輕相流體。
　　本文還模擬計(jì)算研究了節(jié)徑比為1.28和1.5的正方形排布和轉(zhuǎn)置正方形排布管束的失穩(wěn)特性。結(jié)果表明,正方形排