換熱器正方形排布管束耦合振動研究.pdf

1、管殼式換熱器是石油、化工、核電等工業(yè)部門廣泛使用的通用設(shè)備，以其高可靠性和廣適應(yīng)性在各種換熱器的使用中占據(jù)主導(dǎo)地位。由于殼程流體的存在，一根管子的振動會激勵其他管子的振動，整個管束將作為一個系統(tǒng)相互耦合，并表現(xiàn)出多個耦合頻率與耦合振型。管束耦合振動的實驗與數(shù)值模擬研究尚未形成普適性的經(jīng)驗，而相關(guān)標準中關(guān)于管子質(zhì)量的計算是基于周圍管束靜止的非耦合振動。為此，本文采用實驗與數(shù)值模擬方法研究了管束耦合振動，并為標準的修訂提供參考和依據(jù)。

2、>　　本文設(shè)計并搭建了靜水管束振動測試系統(tǒng)，確定了合適的管束結(jié)構(gòu)型式、材料、尺寸及固有頻率。針對四根及九根節(jié)徑比為1.25的正方形排布管束，通過激勵其中的一根管使管束發(fā)生耦合振動，利用視頻處理軟件獲得管子的運動軌跡，得到了管束的耦合振型。結(jié)果表明，單一耦合頻率對應(yīng)的振型對稱，重復(fù)耦合頻率對應(yīng)的振型不對稱；管子數(shù)量增加后，耦合振型變得復(fù)雜。
　　采用ANSYS中的聲學流固耦合方法對管束耦合振動進行了動力學分析，結(jié)果表明對于無限長管束

3、的耦合振動模型，管子軸向尺寸對計算結(jié)果沒有影響，徑向方向上流體邊界到管束的距離取5~10倍管徑時可以不考慮邊界的影響。模擬計算結(jié)果表明，相同管子數(shù)量下，節(jié)徑比越小，耦合頻率帶寬越大；同一節(jié)徑比下，管子數(shù)量越多，耦合頻率帶寬越大。管束頻率的不一致會改變管束的耦合頻率及耦合振型。采用ANSYS CFX中的剛體壁面運動模擬管束耦合振動，計算了管束耦合振動時周圍流體的速度與壓力。結(jié)果表明管束耦合振動時周圍流體的速度與壓力分別隨管束速度及位移的變