横向流下换热管阵相邻管束间耦合振动特性研究
发布时间：2021-06-11 20:20
随着全球能源问题的日益严峻,人类对于可再生能源的需求也在不断增大,核能作为可再生清洁能源,正在被越来越多的国家重用。核电站安全问题也随之而来,作为核电站三大主要部件之一的蒸汽发生器,其管束流致振动问题将造成设备的结构完整性失效,严重威胁到核电站的安全。针对换热器管束流致振动问题,国内外学者已经做了大量的研究工作,取得了丰硕的成果,但由于管束流致振动机理的复杂性,目前该问题依旧没有得到实质性的解决。同时伴随着能源需求增大带来的,国内外管壳式换热器朝着大型化、规模化趋势发展问题,换热器管束流致振动失效这一问题的解决显得更加迫切和重要。本文针对换热管阵中相邻管束流致振动问题,采用节径比为1.633的转置正方形排列方式的管阵为研究对象,同时提出了一种高阶计算流体力学（CFD）/计算固体力学（CSD）耦合算法,利用该方法对密集管阵中的管束流致振动机理进行数值模拟分析,并对相邻管束的耦合振动特性及管束间振动的相互作用进行探究。本文的具体工作及主要结论包括:（1）通过对数值模拟条件的假设和理论分析,建立了本文开展研究所需要的计算模型,通过与实验数据对比验证,所建立的数值计算模型可以很好的对密集管阵流...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管壳式换热器横向流体冲击管束换热过程示意图
近期相邻多管束失效事故有：2012年美国加州圣奥诺弗雷核电站3号机组蒸汽发生器严重的流弹失稳事故，其传热管发生了大面积磨损造成了一次侧冷却剂泄漏，机组的停运造成了巨大的经济损失，调查表明这起事故是由U形弯管面内流体弹性失稳造成管束振动引起的[17]。2014年，德国某冷凝器仅工作了三个月，由于操作条件不适应而引起的强烈振动导致折流板管孔处管束断裂，换热管多处受到严重磨损，整台换热器失效报废[18]。2016年我国某核电厂的疏水冷却器，在运行一年后，多根换热管断裂或开裂，多处为相邻多管束同时发生失效，如图1-2所示。末三级格栅架损坏，给电厂造成了巨大的经济损失，通过对管束固有频率与漩涡脱落频率的比较，发现流体弹性不稳定性和漩涡脱落是管束断裂的两个根本原因[19]。图1-2管束断裂失效图[19]Figure1-2.Failurediagramoftubebundlefracture[19]在付出了巨大的经济及生命财产代价和经历了诸多灾难性事故后，换热器管束的流致振动破坏现象引起了国内外学者的广泛关注与高度重视。自20世纪60年代开始，为了避免管束结构完整性破坏，解决换热管束流致振动问题，国内外学者采用理论、实验
横向流下换热管阵相邻管束间耦合振动特性研究5面膜开裂、脱落，在管的表面形成腐蚀源，腐蚀作用将会加剧管的疲劳破裂，进一步缩短管寿命。图1-3展示了流致振动所引起的管束失效。其中(a-b)是在折流板处因微动磨损引起的管失效[20]；(c)展示了相邻管间撞击磨损和折流板处撞击磨损引起的管失效。图1-3流致振动管失效破坏(a)支撑处割锯；(b)支撑处微动磨损失效；(c)管碰撞磨损失效Figure1-3.Examplesfortubefailurebyflow-inducedvibrations(a)tubefailureatthesupportduetocutting;(b)tubefailureatthesupportduetofrettingwear;(c)tubefailurebyclashingbetweentubes
【参考文献】：
期刊论文
[1]风诱导塔振动对塔气动特性影响研究[J]. 邱雅柔,唐迪,包士毅,高增梁. 机械工程学报. 2018(20)
[2]某核电厂管壳式换热器流致振动分析[J]. 苏鸿,罗重奎,刘星,彭磊. 节能技术. 2017(06)
[3]基于CFD/CSD耦合方法的旋翼气动弹性载荷计算分析[J]. 马砾,招启军,赵蒙蒙,王博. 航空学报. 2017(06)
[4]刚性管对正方形排布管束流体弹性不稳定性的影响研究[J]. 谭蔚,晋文娟,吴皓,杨志海. 压力容器. 2016(03)
[5]小节径比管阵流体弹性不稳定性的实验研究[J]. 晋文娟,谭蔚,吴皓. 化学工程. 2015(12)
[6]管束结构的流致振动特性研究[J]. 冯志鹏,臧峰刚,张毅雄. 原子能科学技术. 2015(01)
[7]基于CFD/CSD耦合的叶轮机叶片失速颤振计算[J]. 周迪,陆志良,郭同庆,沈恩楠. 航空学报. 2015(04)
[8]正方形排布管束流体弹性不稳定性数值计算模型研究[J]. 吴皓,谭蔚,聂清德. 振动与冲击. 2013(21)
[9]我国大型换热器的技术进展[J]. 陈永东,陈学东. 机械工程学报. 2013(10)
[10]一种基于N-S方程的CFD/CSD耦合计算方法[J]. 董文辉,夏露. 航空工程进展. 2011(04)
博士论文
[1]弹性管束流体诱导振动强化换热与疲劳强度研究[D]. 段德荣.山东大学 2017
[2]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
硕士论文
[1]密集柔性管束流致振动机理研究[D]. 苏风.大连理工大学 2018
[2]流体诱发管束振动的流体弹性不稳定性研究[D]. 陈小阁.浙江大学 2017
[3]内外充液换热管流体诱导振动双向流固耦合作用机理的数值模拟研究[D]. 朱雨.南昌大学 2015
[4]换热器管束刚度对流体弹性不稳定性影响的研究[D]. 晋文娟.天津大学 2015
[5]换热器管束流体弹性不稳定性的随机特性研究[D]. 张琦.哈尔滨工程大学 2014
[6]方形排布管束流体弹性不稳定性研究[D]. 吴皓.天津大学 2013
[7]管壳式换热器流体诱发振动设计研究[D]. 姜超越.华东理工大学 2013
本文编号：3225216
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管壳式换热器横向流体冲击管束换热过程示意图
近期相邻多管束失效事故有：2012年美国加州圣奥诺弗雷核电站3号机组蒸汽发生器严重的流弹失稳事故，其传热管发生了大面积磨损造成了一次侧冷却剂泄漏，机组的停运造成了巨大的经济损失，调查表明这起事故是由U形弯管面内流体弹性失稳造成管束振动引起的[17]。2014年，德国某冷凝器仅工作了三个月，由于操作条件不适应而引起的强烈振动导致折流板管孔处管束断裂，换热管多处受到严重磨损，整台换热器失效报废[18]。2016年我国某核电厂的疏水冷却器，在运行一年后，多根换热管断裂或开裂，多处为相邻多管束同时发生失效，如图1-2所示。末三级格栅架损坏，给电厂造成了巨大的经济损失，通过对管束固有频率与漩涡脱落频率的比较，发现流体弹性不稳定性和漩涡脱落是管束断裂的两个根本原因[19]。图1-2管束断裂失效图[19]Figure1-2.Failurediagramoftubebundlefracture[19]在付出了巨大的经济及生命财产代价和经历了诸多灾难性事故后，换热器管束的流致振动破坏现象引起了国内外学者的广泛关注与高度重视。自20世纪60年代开始，为了避免管束结构完整性破坏，解决换热管束流致振动问题，国内外学者采用理论、实验
横向流下换热管阵相邻管束间耦合振动特性研究5面膜开裂、脱落，在管的表面形成腐蚀源，腐蚀作用将会加剧管的疲劳破裂，进一步缩短管寿命。图1-3展示了流致振动所引起的管束失效。其中(a-b)是在折流板处因微动磨损引起的管失效[20]；(c)展示了相邻管间撞击磨损和折流板处撞击磨损引起的管失效。图1-3流致振动管失效破坏(a)支撑处割锯；(b)支撑处微动磨损失效；(c)管碰撞磨损失效Figure1-3.Examplesfortubefailurebyflow-inducedvibrations(a)tubefailureatthesupportduetocutting;(b)tubefailureatthesupportduetofrettingwear;(c)tubefailurebyclashingbetweentubes
【参考文献】：
期刊论文
[1]风诱导塔振动对塔气动特性影响研究[J]. 邱雅柔,唐迪,包士毅,高增梁. 机械工程学报. 2018(20)
[2]某核电厂管壳式换热器流致振动分析[J]. 苏鸿,罗重奎,刘星,彭磊. 节能技术. 2017(06)
[3]基于CFD/CSD耦合方法的旋翼气动弹性载荷计算分析[J]. 马砾,招启军,赵蒙蒙,王博. 航空学报. 2017(06)
[4]刚性管对正方形排布管束流体弹性不稳定性的影响研究[J]. 谭蔚,晋文娟,吴皓,杨志海. 压力容器. 2016(03)
[5]小节径比管阵流体弹性不稳定性的实验研究[J]. 晋文娟,谭蔚,吴皓. 化学工程. 2015(12)
[6]管束结构的流致振动特性研究[J]. 冯志鹏,臧峰刚,张毅雄. 原子能科学技术. 2015(01)
[7]基于CFD/CSD耦合的叶轮机叶片失速颤振计算[J]. 周迪,陆志良,郭同庆,沈恩楠. 航空学报. 2015(04)
[8]正方形排布管束流体弹性不稳定性数值计算模型研究[J]. 吴皓,谭蔚,聂清德. 振动与冲击. 2013(21)
[9]我国大型换热器的技术进展[J]. 陈永东,陈学东. 机械工程学报. 2013(10)
[10]一种基于N-S方程的CFD/CSD耦合计算方法[J]. 董文辉,夏露. 航空工程进展. 2011(04)
博士论文
[1]弹性管束流体诱导振动强化换热与疲劳强度研究[D]. 段德荣.山东大学 2017
[2]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
硕士论文
[1]密集柔性管束流致振动机理研究[D]. 苏风.大连理工大学 2018
[2]流体诱发管束振动的流体弹性不稳定性研究[D]. 陈小阁.浙江大学 2017
[3]内外充液换热管流体诱导振动双向流固耦合作用机理的数值模拟研究[D]. 朱雨.南昌大学 2015
[4]换热器管束刚度对流体弹性不稳定性影响的研究[D]. 晋文娟.天津大学 2015
[5]换热器管束流体弹性不稳定性的随机特性研究[D]. 张琦.哈尔滨工程大学 2014
[6]方形排布管束流体弹性不稳定性研究[D]. 吴皓.天津大学 2013
[7]管壳式换热器流体诱发振动设计研究[D]. 姜超越.华东理工大学 2013
本文编号：3225216
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