雙金屬換熱管固有振動模態(tài)的研究.pdf

1、隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，石油、化工、能源及核工業(yè)等行業(yè)對換熱器的要求不斷提高，這使得換熱設(shè)備的構(gòu)造越來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體積越來越大。為了提高換熱管的抗磨損或抗腐蝕能力，同時滿足結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求，換熱管從原來的單金屬管發(fā)展到雙金屬復(fù)合管。雙金屬換熱管的內(nèi)管一般為鋼管，外管一般是延展性和傳熱效率更高的鋁管或者是銅管。為了進(jìn)一步提高熱傳導(dǎo)效率，通常用軋機(jī)將外管材料銅或者鋁擠壓成翅片，即形成了目前被廣泛推廣使用的雙金屬復(fù)合翅片換熱管。雙金屬

2、復(fù)合翅片管具有很多的優(yōu)點(diǎn)，如優(yōu)異的防腐蝕性和優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性。但是由于雙金屬復(fù)合翅片管屬于不同材料的內(nèi)外管組合管，且外管的翅片導(dǎo)致了其剛度計算的復(fù)雜性，因此其振動特性不易求解。
　　目前，國內(nèi)外關(guān)于雙金屬復(fù)合翅片管振動模態(tài)的研究較少，為了在工程設(shè)計中有效的預(yù)防和控制雙金屬復(fù)合翅片管由于流體誘導(dǎo)振動產(chǎn)生的破壞，本文擬對雙金屬翅片管固有振動模態(tài)進(jìn)行深入研究。本文采用的研究方法主要是理論分析、實(shí)驗(yàn)測試和有限元模擬，具體內(nèi)容如下：
　

3、　（1）雙金屬光滑管是雙金屬復(fù)合翅片管的一種最簡化的結(jié)構(gòu)形式。本文首先對雙金屬光滑管的固有頻率進(jìn)行了精確分析。理論分析中，將雙金屬管看作并聯(lián)剛度系統(tǒng)，采用等效截面剛度和等效質(zhì)量法得到雙金屬光滑管固有頻率的理論解析式。并且通過有限元模態(tài)分析，和對銅-鋼-銅三層雙金屬復(fù)合管固有頻率的實(shí)驗(yàn)測試方法驗(yàn)證了理論分析的正確性。
　　（2）按照雙金屬復(fù)合翅片管的結(jié)構(gòu)組成形式，將其簡化為串聯(lián)與并聯(lián)組合的剛度系統(tǒng)，推導(dǎo)了雙金屬復(fù)合翅片管的等效截面剛

4、度、等效質(zhì)量以及等效轉(zhuǎn)動慣量的計算方法，獲得到了雙金屬復(fù)合翅片管彎曲振動、扭轉(zhuǎn)振動和軸向振動固有頻率的理論解析表達(dá)式。通過實(shí)驗(yàn)的方法和數(shù)值模擬的方法對該理論方法進(jìn)行了驗(yàn)證。研究了翅片幾何參數(shù)，如翅片高度、翅片寬度以及翅片厚度對其固有頻率的影響規(guī)律。
　?。?）雙金屬復(fù)合翅片換熱管在管殼式換熱器中常采用U型結(jié)構(gòu)形式安裝，為了對U型雙金屬復(fù)合翅片換熱管的流體誘導(dǎo)振動破壞進(jìn)行預(yù)測和控制，需要對其振動模態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確分析。本文采用錘擊法和有限