脉动流诱导单排弹性管束振动及换热研究

发布时间：2017-07-28 19:00

  本文关键词：脉动流诱导单排弹性管束振动及换热研究

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【摘要】：流体诱导振动作为一种新型强化换热技术,可以实现复合强化换热。弹性管束换热器可以利用流体诱导振动实现强化换热。因为弹性管束是一种复合曲梁结构,与弹簧的振动特性近似,不同流体激励弹性管束时,管束的振动及换热特性差别很大,研究不同流体作用下弹性管束的振动及换热特性可以使管束更好的振动强化换热。本文对不同流体激励单排弹性管束的振动及换热特性进行仿真分析,并对不同流体激励下管束的疲劳强度进行分析,为管束在满足疲劳强度的前提下更好的强化换热提供了一定的理论基础,并为研究多排弹性管束的振动及换热特性提供了方法及基础。本文的主要工作如下：分别以平面弹性管束和锥螺旋管束为研究对象,建立了两种弹性管束有限元模型,利用workbench对弹性管束的固有振动特性进行分析,得到了弹性管束的固有频率及振型,为研究弹性管束固有振型对管束换热特性的影响提供基础。建立了单排弹性管束换热器有限元模型,利用壳程内脉动流激励弹性管束振动,分别得到两种管束固有振型对管束换热的影响规律,并对两种不同结构的弹性管束固有振型对管束换热的影响进行比较,得到了不同结构弹性管束对管束换热的影响规律。针对换热器内壳程流场与脉动流场的耦合作用,建立了弹性管束换热器内耦合流场有限元模型。利用cfx进行仿真计算,比较了不同脉动流幅值,频率及壳程流速对换热器内耦合流速的影响,得到了换热器内不同位置的速度变化情况,为弹性管束的位置分布提供了一定的理论基础。在研究换热器内壳程与脉动流耦合流场的基础上,研究了耦合流场对平面弹性管束的振动及换热特性的影响。并分析比较了壳程流场、脉动流场分别激励平面弹性管束时管束的振动及换热特性。结果表明,耦合流场能更好的激励管束振动实现强化换热。通过改变脉动流参数,得到了不同脉动流频率、振幅激励下管束的振动及换热特性；分析研究了脉动流以不同方向、不同位置激励弹性管束时,弹性管束的振动及换热特性的变化规律,为脉动流参数的选择提供一定的依据。利用workbench对弹性管束的疲劳强度进行了分析,得到了弹性管束产生疲劳破坏时的流体速度,即管束疲劳破坏的临界流场速度,可以作为弹性管束换热器工作参数选择的依据。
【关键词】：弹性管束 流体诱导振动 振动强化换热 疲劳强度
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 研究背景和意义12-13
• 1.2 振动强化换热技术研究现状13-16
• 1.2.1 弹性管束结构14-15
• 1.2.2 流体诱导弹性管束振动强化换热研究现状15-16
• 1.3 脉动流诱导管束振动强化换热技术研究现状16-18
• 1.4 流体诱导弹性管束疲劳强度评价18-19
• 1.5 本文的主要研究内容19-20
• 第2章 换热器内弹性管束固有振型对换热特性的影响20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 弹性管束固有特性分析20-24
• 2.2.1 弹性管束结构及有限元模型20-22
• 2.2.2 计算结果分析22-24
• 2.3 弹性管束固有振型对换热性能的影响24-30
• 2.3.1 换热器单排弹性管束有限元模型24-25
• 2.3.2 网格划分及流体边界条件25-26
• 2.3.3 弹性管束固有振型对换热影响数值分析26-30
• 2.3.3.1 平面弹性管束固有振型对换热性能的影响27-28
• 2.3.3.2 锥螺旋管束固有振型对换热性能的影响28-29
• 2.3.3.3 两种管束对换热特性影响仿真结果对比29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第3章 脉动流与壳程流场耦合分析32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 耦合流场有限元模型及边界条件32-33
• 3.2.1 耦合流场有限元模型32-33
• 3.2.2 边界条件33
• 3.3 计算结果分析33-43
• 3.3.1 脉动流频率对耦合流场的影响34-37
• 3.3.2 脉动流幅值对耦合流场的影响37-40
• 3.3.3 壳程流速对耦合流场的影响40-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 脉动流激励平面弹性管束振动及换热特性分析44-64
• 4.1 引言44
• 4.2 不同流场激励弹性管束振动及换热特性比较44-54
• 4.2.1 单排弹性管束换热器结构示意图44-45
• 4.2.2 边界条件设置45
• 4.2.3 计算结果分析45-54
• 4.2.3.1 壳程流场激励弹性管束的振动及换热特性45-46
• 4.2.3.2 脉动流场激励弹性管束的振动及换热特性46-50
• 4.2.3.3 耦合流场激励弹性管束的振动及换热特性50-54
• 4.3 脉动流幅值对弹性管束振动及换热特性的影响54-56
• 4.3.1 脉动流幅值变化换热器有限元模型及边界条件54
• 4.3.2 脉动流幅值对弹性管束振动及换热特性影响仿真结果分析54-56
• 4.4 脉动流激励位置对弹性管束振动及换热特性的影响56-59
• 4.4.1 脉动流激励弹性管束不同位置换热器有限元模型56
• 4.4.2 脉动流激励位置对弹性管束振动及换热特性影响仿真结果分析56-59
• 4.5 脉动流激励方向对管束振动及换热特性的影响59-61
• 4.5.1 脉动流激励方向变化换热器有限元模型59
• 4.5.2 脉动流激励方向对管束振动及换热特性影响仿真结果分析59-61
• 4.6 本章小结61-64
• 第5章 流体诱导平面弹性管束振动疲劳强度分析64-70
• 5.1 引言64
• 5.2 流体激励弹性管束振动的应力分析64-65
• 5.3 管束产生疲劳破坏时流体临界速度65-68
• 5.3.1 管束产生疲劳破坏时耦合流场临界速度66-67
• 5.3.2 管束产生疲劳破坏时壳程流场临界速度67-68
• 5.4 小结68-70
• 结论70-74
• 参考文献74-78
• 攻读学位期间发表的论文、参加的课题78-80
• 致谢80-81
• 附件81

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本文编号：585498