管内流体诱导平面弹性管束振动及换热性能研究

发布时间：2023-02-10 18:13

　　换热器作为流体传输和热量传递的设备,在工业生产中比较普及且占据较高比重。换热性能和使用寿命是直接影响换热使用效率和安全运行的重要因素。弹性管束换热器的工作原理是利用流体诱导管束振动实现强化换热。然而,振动疲劳破坏是设备有效工作中一直面临的问题。因此,采用合理的方法诱导并激发管束振动对实现换热器安全运行十分重要。本文针对单排平面弹性管束,同时结合仿真计算和实验的方法,分析了管内流体诱导管束振动的响应,研究了管内脉动流诱导管束振动条件下管束的换热性能。研究成果将对平面弹性管束的制造和安全使用提供一定的理论指导。本文的主要研究工作如下:(1)运用ANSYS Workbench软件,建立了不同结构形状的绕流体的绕流特性的仿真分析模型,比较分析了各绕流体产生的脉动流强度;分析了等边三角柱绕流时在不同特征尺寸时所产生的脉动流特性。研究表明,三角柱绕流体相对圆柱和方柱来说,其综合性能较好,且等边三角柱在不同结构尺寸时所产生的脉动流频率是不同的。(2)基于有限元方法建立了平面弹性管束管内流体诱导振动的仿真计算模型。分析了在管内有、无充液条件下管束的固有特性,分析了在管内有、无脉动流条件下流体诱导管束的...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 振动强化换热研究现状
        1.2.1 强化换热技术
        1.2.2 强化换热评价准则
        1.2.3 振动强化换热
    1.3 流体诱导振动强化换热的研究现状
        1.3.1 流体诱导振动
        1.3.2 流固耦合研究
        1.3.3 流体诱导振动强化换热
    1.4 脉动流发生元件研究现状
        1.4.1 脉动源研究进展
        1.4.2 脉动流发生元件
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 脉动流发生元件的设计
    2.1 引言
    2.2 绕流体结构形状的选取
        2.2.1 绕流元件几何模型
        2.2.2 不同绕流元件的脉动流分析
    2.3 三角柱尺寸的选取
    2.4 本章小结
第3章 管内脉动流诱导平面弹性管束振动响应的数值分析
    3.1 引言
    3.2 平面弹性管束的固有特性研究
        3.2.1 平面弹性管束几何模型
        3.2.2 弹性管束的固有特性分析
        3.2.3 充液弹性管束的固有特性
    3.3 管内流体诱导平面弹性管束振动特性分析
        3.3.1 网格划分及边界条件设置
        3.3.2 无绕流体时管内流体诱导管束振动分析
        3.3.3 管内入口脉动流诱导管束振动分析
    3.4 本章小结
第4章 管内流体诱导平面弹性管束振动的实验研究
    4.1 引言
    4.2 管内流体诱导平面弹性管束振动测试实验台
    4.3 振动测试实验及结果分析
        4.3.1 弹性管束支架和底座测试分析
        4.3.2 管内流体诱导管束小自由端振动测试分析
        4.3.3 管内脉动流诱导管束小自由端振动测试分析
        4.3.4 实验结果和仿真结果对比分析
    4.4 本章小结
第5章 管内流体诱导平面弹性管束振动换热分析
    5.1 引言
    5.2 平面弹性管束截面流场分布
    5.3 平面弹性管束截面温度场分布
    5.4 管内脉动流诱导弹性管束振动强化换热分析
    5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读学位期间发表的论文及参与课题
致谢
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3739666