隨著全球能源問題的日益嚴(yán)峻,人類對于可再生能源的需求也在不斷增大,核能作為可再生清潔能源,正在被越來越多的國家重用。核電站安全問題也隨之而來,作為核電站三大主要部件之一的蒸汽發(fā)生器,其管束流致振動問題將造成設(shè)備的結(jié)構(gòu)完整性失效,嚴(yán)重威脅到核電站的安全。針對換熱器管束流致振動問題,國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做了大量的研究工作,取得了豐碩的成果,但由于管束流致振動機(jī)理的復(fù)雜性,目前該問題依舊沒有得到實(shí)質(zhì)性的解決。同時伴隨著能源需求增大帶來的,國內(nèi)外管殼式換熱器朝著大型化、規(guī)�；厔莅l(fā)展問題,換熱器管束流致振動失效這一問題的解決顯得更加迫切和重要。本文針對換熱管陣中相鄰管束流致振動問題,采用節(jié)徑比為1.633的轉(zhuǎn)置正方形排列方式的管陣為研究對象,同時提出了一種高階計算流體力學(xué)（CFD）/計算固體力學(xué)（CSD）耦合算法,利用該方法對密集管陣中的管束流致振動機(jī)理進(jìn)行數(shù)值模擬分析,并對相鄰管束的耦合振動特性及管束間振動的相互作用進(jìn)行探究。本文的具體工作及主要結(jié)論包括:（1）通過對數(shù)值模擬條件的假設(shè)和理論分析,建立了本文開展研究所需要的計算模型,通過與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比驗(yàn)證,所建立的數(shù)值計算模型可以很好的對密集管陣流... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

管殼式換熱器橫向流體沖擊管束換熱過程示意圖

近期相鄰多管束失效事故有：2012年美國加州圣奧諾弗雷核電站3號機(jī)組蒸汽發(fā)生器嚴(yán)重的流彈失穩(wěn)事故，其傳熱管發(fā)生了大面積磨損造成了一次側(cè)冷卻劑泄漏，機(jī)組的停運(yùn)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，調(diào)查表明這起事故是由U形彎管面內(nèi)流體彈性失穩(wěn)造成管束振動引起的[17]。2014年，德國某冷凝器僅工作了三個月，由于操作條件不適應(yīng)而引起的強(qiáng)烈振動導(dǎo)致折流板管孔處管束斷裂，換熱管多處受到嚴(yán)重磨損，整臺換熱器失效報廢[18]。2016年我國某核電廠的疏水冷卻器，在運(yùn)行一年后，多根換熱管斷裂或開裂，多處為相鄰多管束同時發(fā)生失效，如圖1-2所示。末三級格柵架損壞，給電廠造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，通過對管束固有頻率與漩渦脫落頻率的比較，發(fā)現(xiàn)流體彈性不穩(wěn)定性和漩渦脫落是管束斷裂的兩個根本原因[19]。圖1-2管束斷裂失效圖[19]Figure1-2.Failurediagramoftubebundlefracture[19]在付出了巨大的經(jīng)濟(jì)及生命財產(chǎn)代價和經(jīng)歷了諸多災(zāi)難性事故后，換熱器管束的流致振動破壞現(xiàn)象引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注與高度重視。自20世紀(jì)60年代開始，為了避免管束結(jié)構(gòu)完整性破壞，解決換熱管束流致振動問題，國內(nèi)外學(xué)者采用理論、實(shí)驗(yàn)

橫向流下?lián)Q熱管陣相鄰管束間耦合振動特性研究5面膜開裂、脫落，在管的表面形成腐蝕源，腐蝕作用將會加劇管的疲勞破裂，進(jìn)一步縮短管壽命。圖1-3展示了流致振動所引起的管束失效。其中(a-b)是在折流板處因微動磨損引起的管失效[20]；(c)展示了相鄰管間撞擊磨損和折流板處撞擊磨損引起的管失效。圖1-3流致振動管失效破壞(a)支撐處割鋸；(b)支撐處微動磨損失效；(c)管碰撞磨損失效Figure1-3.Examplesfortubefailurebyflow-inducedvibrations(a)tubefailureatthesupportduetocutting;(b)tubefailureatthesupportduetofrettingwear;(c)tubefailurebyclashingbetweentubes

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]風(fēng)誘導(dǎo)塔振動對塔氣動特性影響研究[J]. 邱雅柔,唐迪,包士毅,高增梁.  機(jī)械工程學(xué)報. 2018(20)
[2]某核電廠管殼式換熱器流致振動分析[J]. 蘇鴻,羅重奎,劉星,彭磊.  節(jié)能技術(shù). 2017(06)
[3]基于CFD/CSD耦合方法的旋翼氣動彈性載荷計算分析[J]. 馬礫,招啟軍,趙蒙蒙,王博.  航空學(xué)報. 2017(06)
[4]剛性管對正方形排布管束流體彈性不穩(wěn)定性的影響研究[J]. 譚蔚,晉文娟,吳皓,楊志海.  壓力容器. 2016(03)
[5]小節(jié)徑比管陣流體彈性不穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 晉文娟,譚蔚,吳皓.  化學(xué)工程. 2015(12)
[6]管束結(jié)構(gòu)的流致振動特性研究[J]. 馮志鵬,臧峰剛,張毅雄.  原子能科學(xué)技術(shù). 2015(01)
[7]基于CFD/CSD耦合的葉輪機(jī)葉片失速顫振計算[J]. 周迪,陸志良,郭同慶,沈恩楠.  航空學(xué)報. 2015(04)
[8]正方形排布管束流體彈性不穩(wěn)定性數(shù)值計算模型研究[J]. 吳皓,譚蔚,聶清德.  振動與沖擊. 2013(21)
[9]我國大型換熱器的技術(shù)進(jìn)展[J]. 陳永東,陳學(xué)東.  機(jī)械工程學(xué)報. 2013(10)
[10]一種基于N-S方程的CFD/CSD耦合計算方法[J]. 董文輝,夏露.  航空工程進(jìn)展. 2011(04)

博士論文
[1]彈性管束流體誘導(dǎo)振動強(qiáng)化換熱與疲勞強(qiáng)度研究[D]. 段德榮.山東大學(xué) 2017
[2]換熱器管束動態(tài)特性分析及流體誘導(dǎo)振動研究[D]. 賴永星.南京工業(yè)大學(xué) 2006

碩士論文
[1]密集柔性管束流致振動機(jī)理研究[D]. 蘇風(fēng).大連理工大學(xué) 2018
[2]流體誘發(fā)管束振動的流體彈性不穩(wěn)定性研究[D]. 陳小閣.浙江大學(xué) 2017
[3]內(nèi)外充液換熱管流體誘導(dǎo)振動雙向流固耦合作用機(jī)理的數(shù)值模擬研究[D]. 朱雨.南昌大學(xué) 2015
[4]換熱器管束剛度對流體彈性不穩(wěn)定性影響的研究[D]. 晉文娟.天津大學(xué) 2015
[5]換熱器管束流體彈性不穩(wěn)定性的隨機(jī)特性研究[D]. 張琦.哈爾濱工程大學(xué) 2014
[6]方形排布管束流體彈性不穩(wěn)定性研究[D]. 吳皓.天津大學(xué) 2013
[7]管殼式換熱器流體誘發(fā)振動設(shè)計研究[D]. 姜超越.華東理工大學(xué) 2013



本文編號：3225216