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)的管束時刻承受橫向流的沖刷,極易由于流體誘發(fā)振動而發(fā)生破壞。其中流體彈性不穩(wěn)定性是換熱器管束振動中最重要的激振機(jī)理,對這一機(jī)理的研究對換熱器的合理設(shè)計與安全運(yùn)行都有重要的意義。
　　本文通過水洞實驗,對節(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響應(yīng)進(jìn)行了測定與研究,得到了管束振動隨流速變化的規(guī)律。
　　采用計算流體力學(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計算模型的影響,建

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

3、對現(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,實際應(yīng)用中需要較強(qiáng)的工程經(jīng)驗;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)測的效果;頻譜數(shù)據(jù)分析方法對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