管內(nèi)流體誘導(dǎo)錐螺旋彈性管束振動及換熱研究.pdf

1、彈性管束換熱器利用流體誘導(dǎo)彈性管束振動，實現(xiàn)管束的振動強化換熱。與平面彈性管束相比，錐螺旋彈性管束由于其近似的簡支結(jié)構(gòu)，固有頻率低，易于實現(xiàn)流體誘導(dǎo)振動;管束振動時應(yīng)力分布均勻，交變應(yīng)力幅值小，不易發(fā)生疲勞破壞;管束的錐螺旋結(jié)構(gòu)使管內(nèi)流體在螺旋流動時受離心力的影響，形成有利于對流換熱的二次流旋渦。本文對管內(nèi)流體誘導(dǎo)錐螺旋彈性管束的振動及換熱性能進(jìn)行了數(shù)值研究，搭建了實驗裝置并實測了管內(nèi)流體誘導(dǎo)錐螺旋彈性管束的振動響應(yīng)。研究工作對實現(xiàn)管內(nèi)

2、流體誘導(dǎo)錐螺旋彈性管束的振動和控制，完善彈性管束換熱器設(shè)計技術(shù)具有重要意義。本文主要研究工作如下:
　　(1)建立了流體繞流圓柱、三角柱、圓柱隔板繞流體的二維仿真模型，研究了流體繞流不同繞流體時形成的脈動流頻率及強度和升阻力系數(shù)變化，分析了圓柱隔板長度對形成的脈動流頻率及強度的影響規(guī)律。三角柱繞流體的綜合繞流特性優(yōu)于圓柱繞流體，且等邊三角柱繞流體的繞流特性優(yōu)于直角三角柱和鈍角三角柱繞流體。改變?nèi)侵卣鏖L度或圓柱尾部隔板長度可以調(diào)

3、節(jié)流體繞流后產(chǎn)生脈動流的頻率。
　　(2)建立了錐螺旋彈性管束及管內(nèi)外流體域幾何模型，對彈性管束的固有特性及管內(nèi)流體誘導(dǎo)錐螺旋彈性管束的振動響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析，得到了管內(nèi)流體流速對錐螺旋彈性管束振動響應(yīng)的變化規(guī)律。錐螺旋彈性管束的振型由橫向振動和縱向振動構(gòu)成，主要以縱向振動為主;在管內(nèi)流體流速為0.1 m/s-0.6m/s的范圍內(nèi)，隨著流速的增加，管內(nèi)流體誘導(dǎo)錐螺旋彈性管束的振動頻率基本不變，振幅逐漸增大。在低流速下，管內(nèi)加入繞流

4、體后錐螺旋彈性管束的振幅增加了6.8％。
　　(3)搭建了管內(nèi)流體誘導(dǎo)錐螺旋彈性管束振動測試實驗臺，實測了錐螺旋彈性管束監(jiān)測點的振動響應(yīng)，對數(shù)值模擬方法進(jìn)行了實驗驗證。在管內(nèi)流速為0.1 m/s-1.2m/s的范圍內(nèi)，錐螺旋彈性管束連接體上監(jiān)測點的振動主頻率均為6Hz，接近管束的第1階固有頻率5.97Hz;管束連接體監(jiān)測點的運動形成空間復(fù)雜軌跡，監(jiān)測點振動頻率和振幅實測值與仿真結(jié)果的相對誤差小于10.3％。
　　(4)建立了