双金属换热管固有振动模态的研究

发布时间：2017-12-02 14:16

  本文关键词：双金属换热管固有振动模态的研究

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【摘要】：随着工业技术的发展,石油、化工、能源及核工业等行业对换热器的要求不断提高,这使得换热设备的构造越来越复杂,结构体积越来越大。为了提高换热管的抗磨损或抗腐蚀能力,同时满足结构刚度、强度和稳定性的要求,换热管从原来的单金属管发展到双金属复合管。双金属换热管的内管一般为钢管,外管一般是延展性和传热效率更高的铝管或者是铜管。为了进一步提高热传导效率,通常用轧机将外管材料铜或者铝挤压成翅片,即形成了目前被广泛推广使用的双金属复合翅片换热管。双金属复合翅片管具有很多的优点,如优异的防腐蚀性和优良的热传导性。但是由于双金属复合翅片管属于不同材料的内外管组合管,且外管的翅片导致了其刚度计算的复杂性,因此其振动特性不易求解。目前,国内外关于双金属复合翅片管振动模态的研究较少,为了在工程设计中有效的预防和控制双金属复合翅片管由于流体诱导振动产生的破坏,本文拟对双金属翅片管固有振动模态进行深入研究。本文采用的研究方法主要是理论分析、实验测试和有限元模拟,具体内容如下:(1)双金属光滑管是双金属复合翅片管的一种最简化的结构形式。本文首先对双金属光滑管的固有频率进行了精确分析。理论分析中,将双金属管看作并联刚度系统,采用等效截面刚度和等效质量法得到双金属光滑管固有频率的理论解析式。并且通过有限元模态分析,和对铜-钢-铜三层双金属复合管固有频率的实验测试方法验证了理论分析的正确性。(2)按照双金属复合翅片管的结构组成形式,将其简化为串联与并联组合的刚度系统,推导了双金属复合翅片管的等效截面刚度、等效质量以及等效转动惯量的计算方法,获得到了双金属复合翅片管弯曲振动、扭转振动和轴向振动固有频率的理论解析表达式。通过实验的方法和数值模拟的方法对该理论方法进行了验证。研究了翅片几何参数,如翅片高度、翅片宽度以及翅片厚度对其固有频率的影响规律。(3)双金属复合翅片换热管在管壳式换热器中常采用U型结构形式安装,为了对U型双金属复合翅片换热管的流体诱导振动破坏进行预测和控制,需要对其振动模态进行准确分析。本文采用锤击法和有限元法对U型钢-铝双金属复合翅片管的面内、面外振动模态进行了实验测试和数值模拟,并分析了U型管圆弧弯管半径R对其固有频率的影响特性。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK172

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本文编号：1245186