低流速下盘管振动对管外对流换热影响的研究
发布时间：2020-12-06 21:30
换热器是量大面广的通用设备,其性能的每一分提升都意味着巨大的经济效益和社会效益。换热器内流体诱导振动是长期以来一直未能得到很好解决的难题。传统的换热器设计中,往往是通过增加刚性约束解决流体诱导振动引起的元件损坏。然而,振动能够强化传热的效果早在上世纪六十年代就有相应的实验论证,并且引起广泛关注。随着浮动盘管等利用流体诱导振动强化传热的元件的提出和利用,在换热器内有效地利用振动,化害为利成为现实。本文对处于一定的流体域内的盘管进行了受力分析,理论上研究了流体阻尼和结构阻尼对盘管振动影响,推导了盘管在流场阻尼和结构阻尼影响下的振动方程;针对盘管的湿模态振动特性,通过附加质量系数表达了流场阻尼对盘管振动的影响。对盘管进行了数值模拟分析,通过振动模态锤击实验得到盘管元件的固有模态特性,验证了数值模拟结果的正确性。进一步通过数值模拟分析了流场环境对盘管元件的湿模态频率的影响,并对盘管湿模态特性对换热性能的影响进行实验研究。盘管在流场中振动时附加质量的存在使盘管的湿模态频率较其固有频率产生一定程度的下降;流场的黏度对盘管的湿模态频率影响较大,黏度的增加会使湿模态频率下降;盘管受流场附加质量越大换热...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管内流诱导振动
体力学与固体力学的跨学科研宄领域ｔｍ，在工程实际中，存在大量的流体诱导振??动的耦合现象。例如，大坝与蓄水的耦合作用、楼宇迎风载荷耦合振动问题、船??舶受海浪作用的振动问题、高速运行的列车受来流空气的气动弹性问题、血液脉??动与血管局部扩张之间的相互作用、换热器内的流体诱导振动问题等。流体与固??体相互耦合作用力的存在，使单一问题变得复杂。近年来，国内外学者对流体诱??导振动进行了深入探索［１４４８］。??换热器内流体诱导振动有管内流体诱导振动和管外流体诱导振动。管内流体??诱导振动是指管内流体沿管内结构轴向流动，如图Ｍ所示。管内流体诱导振动??问题多存在于建筑结构的顶管施工［１３］以及海洋输液立管［１４］中。管外流体诱导振??动更为复杂，当管束或单管为直管时，根据流体来流方向可分为横掠和沿程流动??两类，如图１－２和图１－３所示。一般来说，管外流体沿程流动诱导振动与管内流??体诱导振动形式与机理相近［１５，１６］；流体横掠流动诱导振动的机理主要分为三种：??漩涡脱落、紊流抖振和流体弹性激振。当流体为气体时，声共振会成为诱导振动??的主要形成机理［１７］。??
励频率特性；研宄了浮动盘管在壳程和管程流体诱导下的振动响应和管束的刚度、??质量比等参数对流体诱导振动响应的影响；分析了浮动盘管在不同振动参数下的??应力分布特性，建立计算模型，预测浮动盘管的疲劳寿命；对浮动盘管在恒热流??及相关工况的换热性能进行了分析。??１．４论文研究思路及主要内容??在管壳式换热器内，盘管作为传热元件，利用流体诱导振动实现强化传热??的方式在集中供热领域己经得到了一定的应用，为流体诱导振动强化传热新技??术与方法的发展拓展了思路。??盘管振动特性由系统阻尼控制，主要来自流场阻尼与结构阻尼。系统阻尼直??接影响弹性元件的振动特性，当元件的材料、几何尺寸、结构形式确定后，其约??束方式的不同、流体物性的变化也会对弹性元件的振动特性产生相应的影响，进??而影响其传热特性。基于以上分析，本文的研究思路如图１－５所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]管壳式换热器内双弹性管涡激振动特性研究[J]. 刘德,刘巨保,岳欠杯,丁宇奇,魏永和. 化工机械. 2018(04)
[2]Numerical analysis of shell-side flow-induced vibration of elastic tube bundle in heat exchanger[J]. 季家东,葛培琪,毕文波. Journal of Hydrodynamics. 2018(02)
[3]采用不同管排组合的换热器弹性管束壳程流体诱导振动响应[J]. 季家东,葛培琪,毕文波,刘萍. 西安交通大学学报. 2018(03)
[4]管程流体诱导锥螺旋管束振动的实验研究[J]. 王安民,葛培琪,季家东,段德荣. 节能技术. 2017(05)
[5]换热器内多排弹性管束壳程流体诱导振动响应的数值分析[J]. 季家东,葛培琪,毕文波. 振动与冲击. 2016(20)
[6]Numerical investigation of flow and heat transfer performances of horizontal spiral-coil pipes[J]. 季家东,葛培琪,毕文波. Journal of Hydrodynamics. 2016(04)
[7]流体诱导弹性管束振动响应数值分析[J]. 季家东,葛培琪,毕文波. 振动与冲击. 2016(06)
[8]基于流固耦合方法的船舶湿模态振动研究[J]. 闵振,陈章兰,刘振华. 山东交通学院学报. 2015(02)
[9]换热器内弹性管束流体组合诱导振动响应的数值分析[J]. 季家东,葛培琪,毕文波. 西安交通大学学报. 2015(09)
[10]含有压电层的各向同性圆柱壳结构的双稳态特性分析[J]. 王斌,聂国华. 力学季刊. 2014(01)
博士论文
[1]弹性管束换热器壳程分布式脉动流诱导管束振动研究[D]. 季家东.山东大学 2016
[2]新型复合人字形板式换热器传热与流动理论分析及实验研究[D]. 郭春生.山东大学 2012
[3]振动强化传热机理分析及新型振动传热元件实验研究[D]. 姜波.山东大学 2010
[4]结构流固耦合振动与流动控制的数值模拟[D]. 徐枫.哈尔滨工业大学 2009
[5]振动圆管外强化传热机理及污垢生长特性研究[D]. 冷学礼.山东大学 2007
[6]弹性管束换热器各组件动态特性研究[D]. 郑继周.山东大学 2007
[7]换热器管束动态特性分析及流体诱导振动研究[D]. 赖永星.南京工业大学 2006
[8]顶管工程土与结构的性状及理论研究[D]. 魏纲.浙江大学 2005
硕士论文
[1]基于流动场协同原理的管道内流动分析与结构优化[D]. 吴施熠徽.浙江大学 2018
[2]新型蜂窝螺旋板式换热器数值模拟及优化[D]. 王艺玮.郑州大学 2014
[3]热回收分离式热管换热器传热性能的实验研究[D]. 夏军.北京建筑工程学院 2012
[4]夹套式热管换热器多场数值模拟与优化研究[D]. 张岭.中南大学 2010
[5]表面蒸发式空冷器流体诱导振动强化传热的研究[D]. 李安军.辽宁科技大学 2008
[6]紧凑式换热器的综合性能设计与优选[D]. 吴恩.南京工业大学 2006
[7]输流管道流固耦合振动特性分析[D]. 曹亮.昆明理工大学 2004
[8]海洋输液立管动力特性及涡激振动响应理论研究[D]. 傅强.中国海洋大学 2004
[9]弹塑性力学问题中的无单元伽辽金法[D]. 陈莘莘.湖南大学 2002
本文编号：2902059
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管内流诱导振动
体力学与固体力学的跨学科研宄领域ｔｍ，在工程实际中，存在大量的流体诱导振??动的耦合现象。例如，大坝与蓄水的耦合作用、楼宇迎风载荷耦合振动问题、船??舶受海浪作用的振动问题、高速运行的列车受来流空气的气动弹性问题、血液脉??动与血管局部扩张之间的相互作用、换热器内的流体诱导振动问题等。流体与固??体相互耦合作用力的存在，使单一问题变得复杂。近年来，国内外学者对流体诱??导振动进行了深入探索［１４４８］。??换热器内流体诱导振动有管内流体诱导振动和管外流体诱导振动。管内流体??诱导振动是指管内流体沿管内结构轴向流动，如图Ｍ所示。管内流体诱导振动??问题多存在于建筑结构的顶管施工［１３］以及海洋输液立管［１４］中。管外流体诱导振??动更为复杂，当管束或单管为直管时，根据流体来流方向可分为横掠和沿程流动??两类，如图１－２和图１－３所示。一般来说，管外流体沿程流动诱导振动与管内流??体诱导振动形式与机理相近［１５，１６］；流体横掠流动诱导振动的机理主要分为三种：??漩涡脱落、紊流抖振和流体弹性激振。当流体为气体时，声共振会成为诱导振动??的主要形成机理［１７］。??
励频率特性；研宄了浮动盘管在壳程和管程流体诱导下的振动响应和管束的刚度、??质量比等参数对流体诱导振动响应的影响；分析了浮动盘管在不同振动参数下的??应力分布特性，建立计算模型，预测浮动盘管的疲劳寿命；对浮动盘管在恒热流??及相关工况的换热性能进行了分析。??１．４论文研究思路及主要内容??在管壳式换热器内，盘管作为传热元件，利用流体诱导振动实现强化传热??的方式在集中供热领域己经得到了一定的应用，为流体诱导振动强化传热新技??术与方法的发展拓展了思路。??盘管振动特性由系统阻尼控制，主要来自流场阻尼与结构阻尼。系统阻尼直??接影响弹性元件的振动特性，当元件的材料、几何尺寸、结构形式确定后，其约??束方式的不同、流体物性的变化也会对弹性元件的振动特性产生相应的影响，进??而影响其传热特性。基于以上分析，本文的研究思路如图１－５所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]管壳式换热器内双弹性管涡激振动特性研究[J]. 刘德,刘巨保,岳欠杯,丁宇奇,魏永和. 化工机械. 2018(04)
[2]Numerical analysis of shell-side flow-induced vibration of elastic tube bundle in heat exchanger[J]. 季家东,葛培琪,毕文波. Journal of Hydrodynamics. 2018(02)
[3]采用不同管排组合的换热器弹性管束壳程流体诱导振动响应[J]. 季家东,葛培琪,毕文波,刘萍. 西安交通大学学报. 2018(03)
[4]管程流体诱导锥螺旋管束振动的实验研究[J]. 王安民,葛培琪,季家东,段德荣. 节能技术. 2017(05)
[5]换热器内多排弹性管束壳程流体诱导振动响应的数值分析[J]. 季家东,葛培琪,毕文波. 振动与冲击. 2016(20)
[6]Numerical investigation of flow and heat transfer performances of horizontal spiral-coil pipes[J]. 季家东,葛培琪,毕文波. Journal of Hydrodynamics. 2016(04)
[7]流体诱导弹性管束振动响应数值分析[J]. 季家东,葛培琪,毕文波. 振动与冲击. 2016(06)
[8]基于流固耦合方法的船舶湿模态振动研究[J]. 闵振,陈章兰,刘振华. 山东交通学院学报. 2015(02)
[9]换热器内弹性管束流体组合诱导振动响应的数值分析[J]. 季家东,葛培琪,毕文波. 西安交通大学学报. 2015(09)
[10]含有压电层的各向同性圆柱壳结构的双稳态特性分析[J]. 王斌,聂国华. 力学季刊. 2014(01)
博士论文
[1]弹性管束换热器壳程分布式脉动流诱导管束振动研究[D]. 季家东.山东大学 2016
[2]新型复合人字形板式换热器传热与流动理论分析及实验研究[D]. 郭春生.山东大学 2012
[3]振动强化传热机理分析及新型振动传热元件实验研究[D]. 姜波.山东大学 2010
[4]结构流固耦合振动与流动控制的数值模拟[D]. 徐枫.哈尔滨工业大学 2009
[5]振动圆管外强化传热机理及污垢生长特性研究[D]. 冷学礼.山东大学 2007
[6]弹性管束换热器各组件动态特性研究[D]. 郑继周.山东大学 2007
[7]换热器管束动态特性分析及流体诱导振动研究[D]. 赖永星.南京工业大学 2006
[8]顶管工程土与结构的性状及理论研究[D]. 魏纲.浙江大学 2005
硕士论文
[1]基于流动场协同原理的管道内流动分析与结构优化[D]. 吴施熠徽.浙江大学 2018
[2]新型蜂窝螺旋板式换热器数值模拟及优化[D]. 王艺玮.郑州大学 2014
[3]热回收分离式热管换热器传热性能的实验研究[D]. 夏军.北京建筑工程学院 2012
[4]夹套式热管换热器多场数值模拟与优化研究[D]. 张岭.中南大学 2010
[5]表面蒸发式空冷器流体诱导振动强化传热的研究[D]. 李安军.辽宁科技大学 2008
[6]紧凑式换热器的综合性能设计与优选[D]. 吴恩.南京工业大学 2006
[7]输流管道流固耦合振动特性分析[D]. 曹亮.昆明理工大学 2004
[8]海洋输液立管动力特性及涡激振动响应理论研究[D]. 傅强.中国海洋大学 2004
[9]弹塑性力学问题中的无单元伽辽金法[D]. 陈莘莘.湖南大学 2002
本文编号：2902059
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