密集柔性管束流致振动机理研究

发布时间：2020-04-13 20:56

【摘要】：流体诱导振动问题广泛存在于航空航天、核电、深海开采、石油化工、土建等领域。例如航天火箭的油换热器、飞机发动机的输油管路、核反应堆燃料棒、蒸汽发生器、海底输油管道等管束类结构的振动以及机翼颤振。各行业突飞猛进的发展对结构稳定性和可靠性提出了更高的要求。本文就换热设备中压缩机级间冷却器及原水加热器两个类型不同、结构相似的换热器出现振动问题展开研究。压缩机管壳式冷却器又称列管式换热器,是化工、石化工艺过程压缩机的专用换热装置。用于实现冷——热流体之间的热量交换,以降低下一段(级)的入口温度,提高压缩效率。原水加热器为大型机械的辅机设备,换热器的破坏将导致整体设备停机,对生产及经济效益造成不可估量的损失。因此明确换热器的振动机理、保证换热器的结构可靠性和工作性能是非常重要的。换热器的核心部件为数量庞大、排布密集的换热管,换热管受到横向流体的周期性脉动压力,属于流体诱导振动(Flow-induced vibration)。由于换热器内流体流动状况复杂,流固耦合运动涉及动力学、非线性、流体力学等学科且计算方法多样性,流体诱导振动的机理及判别标准依然存在很多的不确定性。因此本文将对换热管束的振动方程、流体诱导振动的机理、换热管的涡激振动进行研究。本文提供了研究管程流体对换热管束横向振动影响的计算方法,基于梁振动模型,编制MATLAB计算程序,验证了在换热器中对管内流体采用附加质量法的可行性。运用ANSYS CFX对粘性不可压缩流体进行数值模拟,导出换热管所受到的流体激振力,进行傅里叶变换,从而明确管束的振动机理。并将激振力作为载荷加载至换热管相应位置模拟换热管在周期性载荷作用下的响应,依据振动机理提出减振措施。运用双向流固耦合分析方法对换热管在流场中的涡激振动进行模拟,为避免产生共振提供依据。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK172;TB123

【参考文献】

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本文编号：2626429