發(fā)布時間：2017-12-02 14:16

  本文關(guān)鍵詞：雙金屬換熱管固有振動模態(tài)的研究

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【摘要】：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、實驗測試和有限元模擬,具體內(nèi)容如下:(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)合管固有頻率的實驗測試方法驗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。通過實驗的方法和數(shù)值模擬的方法對該理論方法進(jìn)行了驗證。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。(3)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元法對U型鋼-鋁雙金屬復(fù)合翅片管的面內(nèi)、面外振動模態(tài)進(jìn)行了實驗測試和數(shù)值模擬,并分析了U型管圓弧彎管半徑R對其固有頻率的影響特性。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK172

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本文編號：1245186