流体诱导振动强化换热

前言
章弹性管束固有特性1
1.1流体诱导振动机理1
1.1.1漩涡脱落1
1.1.2湍流抖振2
1.1.3流体弹性激振3
1.2弹性管束传热元件3
1.2.1平面弹性管束3
1.2.2锥螺旋弹性管束4
1.3平面弹性管束固有特性数值计算6
1.3.1几何模型及参数6
1.3.2管束固有振动频率7
1.3.3管束振型7
1.3.4结构参数影响11
1.4平面弹性管束固有特性试验12
1.4.1试验模态辨识原理12
1.4.2锤击法试验测试系统12
1.4.3激励点与响应点布置14
1.4.4参数设置与数据处理14
1.4.5试验结果校验15
1.4.6试验结果分析16
1.5锥螺旋弹性管束固有特性理论分析17
1.5.1模态综合法求解管束固有频率17
1.5.2计算结果验证19
1.5.3结构参数影响20
1.5.4多排锥螺旋管束固有特性分析22
1.6锥螺旋弹性管束固有特性试验25
1.6.1锤击法试验测试系统25
1.6.2激励点与响应点布置25
1.6.3参数设置及数据处理27
1.6.4试验结果校验27
1.6.5试验结果分析29
1.6.6两种弹性管束固有特性对比34
1.7小结36
参考文献36
第2章换热器内流场分析37
2.1数值计算方法37
2.1.1基本控制方程37
2.1.2流体诱导振动的计算流程及验证39
2.2网格划分及处理42
2.2.1弹性管束结构域网格划分42
2.2.2管程流体域网格划分42
2.2.3平面弹性管束壳程流体域网格划分43
2.2.4锥螺旋弹性管束壳程流体域网格划分47
2.2.5分布式脉动流换热器壳程网格域网格划分47
2.3边界条件设置51
2.3.1管程流体诱导振动51
2.3.2壳程流体诱导振动51
2.3.3时间及参数设置52
2.4振动强化换热数据处理53
2.4.1强化换热评价准则53
2.4.2场协同理论55
2.5平面弹性管束管程流场分析56
2.5.1管程内流体流动56
2.5.2管程内二次流分布56
2.6平面弹性管束壳程流场分析60
2.6.1单排刚性管束壳程流场速度云图60
2.6.2多排刚性管束壳程流场温度场分布61
2.6.3弹性管束壳程温度场及速度矢量分布62
2.6.4弹性管束壳程流场的场协同定性分析63
2.7锥螺旋管束管内流动分析64
2.7.1管截面主流分析64
2.7.2管截面二次流动分析65
2.7.3管截面流体温度分布66
2.8小结69
参考文献69
第3章弹性管束流体诱导振动71
3.1平面弹性管束流体诱导振动数值计算71
3.1.1流速对振动响应的影响71
3.1.2管排间距对振动响应的影响73
3.1.3管排数对振动响应的影响74
3.2平面弹性管束流体诱导振动试验76
3.2.1试验装置及系统76
3.2.2换热器壳体振动测试77
3.2.3弹性管束流体诱导振动响应78
3.3锥螺旋管束流体诱导振动理论分析80
3.3.1计算模型80
3.3.2计算过程81
3.3.3计算结果分析83
3.4锥螺旋管束流体诱导振动试验83
3.4.1固有模态测试与分析84
3.4.2管束流体诱导振动测试86
3.5锥螺旋管束管程流体诱导振动理论分析92
3.5.1管束有限单元划分与坐标变换92
3.5.2管束单元矩阵与总体矩阵95
3.5.3管束固有频率的计算验证98
3.5.4管程静止时的固有频率验证99
3.5.5管程流动对固有频率的影响100
3.6两种弹性管束管程流体诱导振动特性对比102
3.6.1平面弹性管束管程流固耦合理论计算102
3.6.2两种弹性管束管程耦合特性比较104
3.7小结105
参考文献106
第4章弹性管束流体诱导振动强化换热107
4.1流体诱导振动强化换热场协同分析107
4.1.1弹性管束的振动轨迹107
4.1.2场协同的定量分析108
4.1.3努塞尔数及场协同分析110
4.2流体诱导振动强化换热性能分析112
4.2.1弹性管束管外圆周振动强化换热分析113
4.2.2弹性管束管外局部振动强化换热分析114
4.2.3单根弹性管束振动强化换热分析115
4.2.4流体诱导振动强化换热的综合换热性能116
4.3结构参数对流体诱导振动强化换热的影响118
4.3.1管壁厚度对振动强化换热的影响118
4.3.2管间距对振动强化换热的影响119
4.3.3管排距对振动强化换热的影响121
4.3.4流体诱导弹性管束振动强化换热关系式122
4.4锥螺旋弹性管束传热特性分析125
4.4.1数值分析模型及参数修正125
4.4.2数值分析结果的验证126
4.4.3管束截面形状对其传热性能的影响127
4.4.4管束螺距对其传热性能的影响129
4.4.5管束锥度对其传热性能的影响130
4.4.6管束传热关联式的拟合131
4.5锥螺旋弹性管束传热特性场协同分析132
4.5.1计算结果验证133
4.5.2计算结果分析133
4.6两种弹性管束的传热与阻力性能对比136
4.7小结138
参考文献139
第5章分布式脉动流诱导弹性管束振动强化换热141
5.1脉动流及其发生装置141
5.1.1脉动流的形成141
5.1.2脉动流在弹性管束换热器中的应用142
5.2脉动流的形成分析144
5.2.1扰流体的选取144
5.2.2分支管流道结构分析148
5.3分布式脉动流发生装置155
5.3.1分布式脉动流发生装置设计155
5.3.2各分支管脉动流分析157
5.3.3分布式脉动流发生装置的设计原则163
5.4分布式脉动流对弹性管束振动响应的影响164
5.4.1流体诱导振动测试试验台搭建164
5.4.2换热器壳体振动测试165
5.4.3壳程流场诱导弹性管束振动测试165
5.4.4分布式脉动流诱导弹性管束振动测试168
5.5分布式脉动流对锥螺旋弹性管束振动响应的影响172
5.5.1振动测试的基本参数172
5.5.2换热器壳体及支架的振动测试173
5.5.3耦合流场诱导锥螺旋弹性管束振动测试174
5.6分布式脉动流对弹性管束振动强化换热的影响175
5.6.1弹性管束振动强化换热分析175
5.6.2弹性管束换热系数及综合换热性能178
5.7小结181
参考文献181第6章弹性管束振动疲劳强度183
6.1弹性管束的受力分析183
6.2多轴疲劳强度分析185
6.3弹性管束疲劳强度分析188
6.3.1管壁厚度对弹性管束疲劳强度的影响188
6.3.2管间距对弹性管束疲劳强度的影响190
6.3.3弹性管束振动强化换热与疲劳强度综合分析191
6.4分布式脉动流诱导弹性管束振动疲劳强度195
6.5锥螺旋管束应力分布196
6.5.1锥螺旋管束应力分析196
6.5.2两种弹性管束的应力强度对比198
6.6小结198
参考文献199