本文關(guān)鍵詞：彈性管束換熱器管束的受力及應(yīng)力分析

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【摘要】：換熱器是熱量交換的基本設(shè)備,并在電力、石油化工等行業(yè)中普遍使用。彈性管束換熱器中管束以復(fù)合曲梁與懸臂梁相結(jié)合的形式,改變了傳統(tǒng)管殼式換熱器管束的剛性固支形式,充分利用管束振動(dòng)來(lái)強(qiáng)化換熱。彈性管束換熱器的管束可以利用流體誘導(dǎo)振動(dòng),實(shí)現(xiàn)無(wú)源強(qiáng)化換熱,但仍存在多排管束振動(dòng)不均勻的現(xiàn)象,導(dǎo)致部分管束強(qiáng)化換熱效果不明顯、部分管束振動(dòng)疲勞破壞等問(wèn)題。因此,利用流體力激勵(lì)和控制彈性管束實(shí)現(xiàn)預(yù)期的振動(dòng),達(dá)到管束振動(dòng)強(qiáng)化換熱和疲勞壽命的合理匹配的目的,具有重要理論和實(shí)用價(jià)值。本文針對(duì)彈性管束換熱器中管束的受力及振動(dòng)不均勻問(wèn)題,研究了彈性管束在殼程流體作用下的受力規(guī)律及應(yīng)力分布,并對(duì)彈性管束支撐端結(jié)構(gòu)及彈性管束結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。本文的主要研究工作如下：(1)建立了單排彈性管束換熱器有限元模型,基于流固耦合的順序耦合方法,利用ANSYS Workbench和CFX分析軟件相結(jié)合對(duì)單排彈性管束上不同位置的受力進(jìn)行了仿真模擬。研究了同種工況下單排彈性管束上各點(diǎn)的受力、不同工況下單排彈性管束上同一點(diǎn)的受力,得到了彈性管束沿管束的受力分布和管束受力隨時(shí)間的變化規(guī)律。彈性管束沿管束的受力分布不均勻,彈性管束上各位置在各方向的受力呈現(xiàn)周期性。隨著殼程流速的增大,彈性管束受力幅值呈增大趨勢(shì)。(2)建立了多排彈性管束換熱器有限元模型,并對(duì)多排彈性管束在殼程流體作用下的受力進(jìn)行了仿真模擬。研究了管排間距以及殼程流速對(duì)多排彈性管束受力的影響。管排間距對(duì)彈性管束的受力有一定的影響,換熱器內(nèi)各排彈性管束主要受縱向流體力作用。在殼程流速較低時(shí),彈性管束自由端上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)受力規(guī)律不一致。隨著殼程流速的增大,各排管束自由端所受流體力趨于單一變化規(guī)律。各排管束的大小自由端受力幅值均不同,殼程來(lái)流端彈性管束自由端的受力幅值較大。實(shí)驗(yàn)測(cè)得了四排彈性管束大小自由端在各殼程流速下的振動(dòng)加速度頻率及幅值,彈性管束大小自由端加速度幅值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果變化規(guī)律基本一致。(3)模擬分析了實(shí)際工況下彈性管束在殼程流體作用下的應(yīng)力變化情況,分析了殼程流速對(duì)彈性管束最大應(yīng)力的影響。隨著殼程流速的增大,管束的最大應(yīng)力也隨之增大。當(dāng)殼程流速較大時(shí),來(lái)流端彈性管束的最大應(yīng)力大于遠(yuǎn)離來(lái)流端彈性管束的最大應(yīng)力。(4)對(duì)彈性管束支撐端結(jié)構(gòu)和彈性管束結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì),使彈性管束支撐端的最大應(yīng)力及彈性管束的最大應(yīng)力明顯減小。
【關(guān)鍵詞】：彈性管束 流體誘導(dǎo)振動(dòng) 管束受力分析
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK172
【目錄】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 課題研究背景及意義13-14
• 1.2 換熱器內(nèi)流體誘導(dǎo)管束振動(dòng)的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 流體誘導(dǎo)振動(dòng)機(jī)理14-15
• 1.2.2 換熱器內(nèi)彈性管束流體誘導(dǎo)振動(dòng)仿真分析15-17
• 1.2.3 彈性管束換熱器內(nèi)脈動(dòng)流誘導(dǎo)管束振動(dòng)17
• 1.3 彈性管束結(jié)構(gòu)及受力的研究現(xiàn)狀17-22
• 1.3.1 彈性管束結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)18-21
• 1.3.2 管束的受力及應(yīng)力分析21-22
• 1.4 管束疲勞強(qiáng)度的研究現(xiàn)狀22-24
• 1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容24-27
• 第2章 單排彈性管束的受力分析27-43
• 2.1 引言27
• 2.2 彈性管束的有限元模型27-29
• 2.3 彈性管束的固有特性29-30
• 2.4 單排彈性管束的受力分析30-41
• 2.4.1 單排彈性管束換熱器的仿真模型30-31
• 2.4.2 網(wǎng)格劃分31-33
• 2.4.3 彈性管束的受力分析33-38
• 2.4.4 殼程流速對(duì)彈性管束受力的影響38-40
• 2.4.5 殼程流速對(duì)彈性管束自由端運(yùn)動(dòng)軌跡的影響40-41
• 2.5 本章小結(jié)41-43
• 第3章 多排彈性管束的受力分析43-57
• 3.1 引言43
• 3.2 多排彈性管束換熱器模型43-45
• 3.2.1 多排彈性管束換熱器的仿真模型43-44
• 3.2.2 網(wǎng)格劃分及邊界條件設(shè)置44-45
• 3.3 管排間距對(duì)彈性管束受力的影響45-47
• 3.4 殼程流速對(duì)多排彈性管束受力的影響47-50
• 3.5 多排彈性管束流體誘導(dǎo)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)50-54
• 3.6 本章小結(jié)54-57
• 第4章 彈性管束的應(yīng)力分析57-65
• 4.1 引言57
• 4.2 單排彈性管束的應(yīng)力分析57-59
• 4.3 多排彈性管束的應(yīng)力分析59-61
• 4.4 彈性管束疲勞壽命的預(yù)估61-63
• 4.5 本章小結(jié)63-65
• 第5章 彈性管束結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)65-75
• 5.1 引言65
• 5.2 支撐端結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)65-68
• 5.2.1 支撐端結(jié)構(gòu)65-66
• 5.2.2 減荷槽對(duì)彈性管束應(yīng)力的影響66-68
• 5.3 內(nèi)側(cè)管結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)68-73
• 5.3.1 曲率半徑對(duì)彈性管束應(yīng)力分布的影響69-71
• 5.3.2 管束的應(yīng)力分析71-73
• 5.4 本章小結(jié)73-75
• 總結(jié)與展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-81
• 致謝81-82
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表82

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