管殼式換熱器廣泛應(yīng)用于化工、石油、食品、冶金以及制藥等過程工業(yè)中,管束的振動(dòng)破壞已經(jīng)成為管殼式換熱器失效的主要原因之一,而流體彈性不穩(wěn)定性又是流體誘導(dǎo)管束振動(dòng)的機(jī)理中最常見和最具有破壞性的。雖然國內(nèi)外學(xué)者對(duì)兩相流誘發(fā)管束彈性不穩(wěn)定性進(jìn)行了大量研究工作,但由于其復(fù)雜性,迄今為止,還沒有獲得廣泛適用的兩相橫向流誘發(fā)管束彈性不穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。本文采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究了兩相橫向流中管束的流體彈性不穩(wěn)定性。在實(shí)驗(yàn)研究方面,研究了兩相流的流動(dòng)條件與管束的幾何特征分別對(duì)阻尼和流體彈性不穩(wěn)定性的影響;發(fā)展了一種基于CDM(Conductivity Difference Measurement電導(dǎo)率差異測(cè)定)模型對(duì)間隙流速進(jìn)行修正的方法,從管束排列方式的角度出發(fā),獲得了含氣率低于50%時(shí)不穩(wěn)定常數(shù)的推薦值,以期對(duì)換熱器管束振動(dòng)的理論研究和工程設(shè)計(jì)有一定的參考意義。在模擬研究方面,建立了兩相流誘導(dǎo)管束振動(dòng)的雙向流固耦合模型,根據(jù)管束間流體流動(dòng)的特征,解釋了管束節(jié)徑比和排列方式對(duì)流體彈性不穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):在四種排列管束中,轉(zhuǎn)置正三角形排列管束的阻尼比最大,但其最易發(fā)生流體彈性失穩(wěn),四種排列管束的穩(wěn)定性從高到低的順序?yàn)?正三角形、正方形、轉(zhuǎn)置正方形、轉(zhuǎn)置正三角形;對(duì)于正方形和正三角形排列管束,推薦不穩(wěn)定常數(shù)為4.0,對(duì)于轉(zhuǎn)置正方形和轉(zhuǎn)置正三角形排列管束,當(dāng)質(zhì)量阻尼參數(shù)小于或等于0.45時(shí),推薦不穩(wěn)定常數(shù)為0.68,反之,推薦不穩(wěn)定常數(shù)為1.5。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK172
【部分圖文】：

啟用動(dòng)網(wǎng)格模型。所以，雙向流固耦合分析的計(jì)算量比較大，時(shí)間步長的設(shè)置需要同時(shí)考逡逑慮收斂精度和時(shí)間成本。由于管束振動(dòng)對(duì)流場(chǎng)的影響較大，本文采用雙向流固耦合分析進(jìn)逡逑行流體誘發(fā)管束振動(dòng)的數(shù)值模擬研究，其具體的求解方法如圖１．３所示，模擬采用Ｆｌｕｅｎｔ逡逑與Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ通過Ｓｙｓｔｅｍ邋Ｃｏｕｐｌｉｎｇ進(jìn)行雙向流固耦合分析。逡逑２邋踢邋Ｇｅｅｒ＊＆２邋鍵邐Ａ邐２邋０邋Ｅｒ＾＆ｓｖ｝ｑＤｓｔｚ邐＾邋＾邐ｙ邋Ａ逡逑Ｇｅｃｍｅｔ＊Ｙ邐＼邐３邋＿邋Ｍｅｓｈ邐＾邋Ａ邐Ｇｅｗｎｅ＾ｙ邐＞／邋Ａ邐ｊ＼邐３邋ＳｔＡｒｔｏｎ邐＇邋▲逡逑氣邋＾邋＾邋Ｓｅｔｕｃ邐Ｚ＾邐／邋Ｉ邐５＞－ｓｉｅｆｒ？邋Ｃｏｉｉｐｉｉｓｇ逡逑＼邐５邋（ｓｉ邋Ｓｏｉｕｔｏｏ邐＾邐＼邋／邐５邋趙邋Ｓｅｔａｐ邐＜，／逡逑Ｉ邋６邋０邋？？ｅｓｄｉｓ邐？邋４邐＼ｊ邋６邋琴邋Ｓｏｉｙｔｗｎ邐＾邋＾邐ｊ逡逑Ｉ邐Ｆｌｕｉｄ邋ｆｌｆｉ＾ＣＦＳｕｅｎｔ）邐７邋０邐４邐／逡逑＼邐ｊ邋＼邐Ｔｒｓｆｉｓｒｅ＾ｔ邋Ｓｎｉ＾ｕｒａｌ邐／逡逑、邐」＼邐Ｊ逡逑圖１．３雙向流固耦合分析的求解方法逡逑１．３．１．１流體控制方程逡逑流體流動(dòng)要遵循質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒以及能量守恒等物理守恒定律。下文將介紹這幾逡逑種守恒定律所對(duì)應(yīng)的控制方程［２８］。逡逑連續(xù)性方程即質(zhì)量守恒定律，其物流意義為流體流進(jìn)或流出控制體的質(zhì)量與控制體內(nèi)逡逑流體質(zhì)量的變化相等，其對(duì)應(yīng)的微分方程為：逡逑＾－＋Ｖ－（ｐｕ）邋＝邋０邐（１－９）逡逑ｄｔ邋ｖ邋１逡逑式中

２．１實(shí)驗(yàn)裝置逡逑２．１．１邐實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)逡逑實(shí)驗(yàn)采用如圖２．１所示的系統(tǒng)，其由出口部分、測(cè)試部分、進(jìn)口部分、離心泵、空逡逑氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)槽、電磁流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、壓力表、動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量儀、電導(dǎo)探針以及逡逑計(jì)算機(jī)等組成，主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器的規(guī)格參數(shù)見表２．１。測(cè)試部分由管束和流道組成，逡逑管束的結(jié)構(gòu)見圖２．２，其具體的結(jié)構(gòu)與排布將在下文介紹。流道橫截面尺寸為１２８ｍｍ邋＞＜３００逡逑ｍｍ。為了獲得均勻分布的兩相流，在進(jìn)口部分的上下兩端分別安裝了混合器和氣體分布逡逑器，進(jìn)口部分與氣流管道和液流菅道相連，氣體從底部流過氣體分布器進(jìn)入混合器，離心逡逑系將儲(chǔ)槽中的水泵送到混合器，氣液兩相在混合器中充分混合，依次流過測(cè)試部分和出口逡逑部分后，又流回儲(chǔ)罐。逡逑二逡逑＾逡逑１．出口部分２．測(cè)試部分３．進(jìn)口部分４．氣體分布器５．電磁流量計(jì)６．離心泵７．儲(chǔ)槽８．轉(zhuǎn)子流量計(jì)９．壓逡逑縮機(jī)１０

圖２．２實(shí)驗(yàn)管束結(jié)構(gòu)逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 馮志鵬;臧峰剛;張毅雄;;管束結(jié)構(gòu)的流致振動(dòng)特性研究[J];原子能科學(xué)技術(shù);2015年01期

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本文編號(hào)：2826118