换热器传热管流致振动碰磨分析与试验研究

发布时间：2017-06-15 08:06

  本文关键词：换热器传热管流致振动碰磨分析与试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：换热器在核电站动力设备中是维持一次侧和二次侧正常运行的枢纽设备,其运行状况对于核电站的影响比较重大,因此其安全运行成为了研究的重点。在换热器内,在壳程流体和管程流体的双重作用下,传热管不可避免的会出现流体诱导振动现象,导致传热管与支撑板之间产生随机碰撞,传热管壁厚一般为1~1.5mm之间,碰撞磨损严重时可能导致传热管的破损,因此对换热器传热管与支撑板的微动碰撞以及振动特性研究具有重要的理论意义和工程意义。本文从流体动力学与振动力学理论出发,分析了传热管在流体诱导振动下的随机激振力,采用数值模拟的方法分析传热管的振动特性,同时运用试验的方式对传热管在不同工况下的固有频率进行了测试。针对以上问题,本文在以下几个主要方面展开了研究:(1)对换热器内传热管产生振动的外部因素进行分析,观察传热管在振动时存在的客观规律;对横向流换热器内流体诱导传热管振动进行分析,研究传热管在壳程流体和管程流体共同作用下的振动特性,并对传热管振动时的随机激振力大小和振动频率进行评估分析。(2)通过计算机数值模拟的方法对传热管的前六阶固有频率和振型图进行了分析,并且对两端固支的传热管在交变载荷下的振动特性进行了有限元分析,得到了传热管中间节点随时间变化的位移、速度和加速度曲线,并根据传热管振动特性计算了与挡板之间的碰撞力以及振动碰撞频率。(3)对传热管与支撑板之间的微动磨损进行了研究,分析了微动的分类及其运动模式,介绍了影响微动的相关因素。根据现有资料并进一步对计算方法改进,将微动磨损的总寿命周期分为微动磨损、裂纹萌生和裂纹扩展三个阶段,对以上三个阶段的循环寿命分别进行分析计算,从而得到传热管在破损至不能使用时的总循环寿命。(4)对传热管的固有频率进行了试验研究,得到直管内部加水与不加水时的固有频率的变化,并且将不加水情况下的传热管与数值模拟的结果进行了对比,数值模拟的结果与试验结果之间的相差较小。对U型传热管进行了不同固定位置与数量以及固定松紧程度对于传热管的固有频率的影响进行了试验,得到了传热管的固有频率随着固定的松紧度的增大而增加,随着固定数量的增多而增加,并且与固定的位置有关系。
【关键词】：换热器 传热管 流体诱导振动 振动碰撞 微动磨损 固有频率
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL353.13;TM623
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-24
• 1.1 工程背景及研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 流体诱导振动12-15
• 1.2.2 振动碰撞15-17
• 1.2.3 微动磨损17-18
• 1.3 换热器存在的振动问题18-21
• 1.4 本文主要研究内容及方法21-22
• 1.5 本章小结22-24
• 2 流体诱导振动随机激振力研究24-37
• 2.1 换热器流体诱导振动主要机理分析24-30
• 2.1.1 流体弹性不稳定26-27
• 2.1.2 漩涡脱落27-28
• 2.1.3 紊流抖振28-29
• 2.1.4 声振荡29
• 2.1.5 其他因素29-30
• 2.2 换热器流体诱导振动随机激振力分析30-36
• 2.2.1 随机激振力分析30-35
• 2.2.2 振动频率分析35-36
• 2.3 本章小结36-37
• 3 传热管与支承结构碰撞数值模拟37-46
• 3.1 传热管模型的建立及网格划分37-39
• 3.2 传热管模态分析39-41
• 3.3 传热管瞬态动力学分析41-43
• 3.4 碰撞力分析43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 4 传热管与支承结构的微动磨损研究46-56
• 4.1 微动的相关概念46-48
• 4.1.1 微动的分类及运动模式46-48
• 4.1.2 影响微动的主要因素48
• 4.2 微动磨损寿命分析48-54
• 4.2.1 微动磨损阶段寿命计算方法50-51
• 4.2.2 裂纹萌生阶段寿命计算方法51-52
• 4.2.3 裂纹扩展阶段寿命计算方法52-54
• 4.3 传热管微动磨损寿命算例54
• 4.4 本章小结54-56
• 5 传热管固有频率试验研究56-66
• 5.1 单跨直管固有频率试验研究56-60
• 5.1.1 试验装置56-57
• 5.1.2 试验原理及流程57
• 5.1.3 试验结果及分析57-60
• 5.2 U型管固有频率试验研究60-65
• 5.2.1 试验装置60
• 5.2.2 试验原理及流程60-62
• 5.2.3 试验结果及分析62-65
• 5.3 本章小结65-66
• 6 结论与展望66-68
• 6.1 论文的主要研究成果66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-73
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果73-74
• 作者简介73
• 发表的学术论文73
• 参研项目73-74
• 致谢74

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