換熱器正方形排布管束耦合振動(dòng)研究.pdf

1、管殼式換熱器是石油、化工、核電等工業(yè)部門(mén)廣泛使用的通用設(shè)備，以其高可靠性和廣適應(yīng)性在各種換熱器的使用中占據(jù)主導(dǎo)地位。由于殼程流體的存在，一根管子的振動(dòng)會(huì)激勵(lì)其他管子的振動(dòng)，整個(gè)管束將作為一個(gè)系統(tǒng)相互耦合，并表現(xiàn)出多個(gè)耦合頻率與耦合振型。管束耦合振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究尚未形成普適性的經(jīng)驗(yàn)，而相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于管子質(zhì)量的計(jì)算是基于周?chē)苁o止的非耦合振動(dòng)。為此，本文采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬方法研究了管束耦合振動(dòng)，并為標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供參考和依據(jù)。

2、>　　本文設(shè)計(jì)并搭建了靜水管束振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，確定了合適的管束結(jié)構(gòu)型式、材料、尺寸及固有頻率。針對(duì)四根及九根節(jié)徑比為1.25的正方形排布管束，通過(guò)激勵(lì)其中的一根管使管束發(fā)生耦合振動(dòng)，利用視頻處理軟件獲得管子的運(yùn)動(dòng)軌跡，得到了管束的耦合振型。結(jié)果表明，單一耦合頻率對(duì)應(yīng)的振型對(duì)稱(chēng)，重復(fù)耦合頻率對(duì)應(yīng)的振型不對(duì)稱(chēng)；管子數(shù)量增加后，耦合振型變得復(fù)雜。
　　采用ANSYS中的聲學(xué)流固耦合方法對(duì)管束耦合振動(dòng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)果表明對(duì)于無(wú)限長(zhǎng)管束

3、的耦合振動(dòng)模型，管子軸向尺寸對(duì)計(jì)算結(jié)果沒(méi)有影響，徑向方向上流體邊界到管束的距離取5~10倍管徑時(shí)可以不考慮邊界的影響。模擬計(jì)算結(jié)果表明，相同管子數(shù)量下，節(jié)徑比越小，耦合頻率帶寬越大；同一節(jié)徑比下，管子數(shù)量越多，耦合頻率帶寬越大。管束頻率的不一致會(huì)改變管束的耦合頻率及耦合振型。采用ANSYS CFX中的剛體壁面運(yùn)動(dòng)模擬管束耦合振動(dòng)，計(jì)算了管束耦合振動(dòng)時(shí)周?chē)黧w的速度與壓力。結(jié)果表明管束耦合振動(dòng)時(shí)周?chē)黧w的速度與壓力分別隨管束速度及位移的變