平面弹性管束管内流固耦合振动特性有限元分析.pdfVIP

学兔兔 第46卷第18期 机 械 工 程 学 报 Vb1．46 NO．18 20 1 0年 9月 JOURNAL oF MECHANICAL ENGINEERING Sep． 2 0 1 0 DoI：1O．3901／JME．2010．18．145 平面弹性管束管内流固耦合振动特性有限元分析木 闫 柯 葛培琪 张 磊 毕文波 (山东大学机械工程学院 济南 250061) 摘要：弹性管束换热器利用流体诱导振动实现强化传热，识别流固耦合作用下弹性传热元件的振动特性对于研究其强化传热 机理、优化管束结构等具有重要意义。基于此，采用有限元法研究平面弹性管束在管内流体流动作用下的振动特性。通过多 点约束方程约束四根管束自由端位移，对管束自由端的连接体采用集中质量法进行简化，利用坐标变换统一弹性管束四根弯 管的单元矩阵，在此基础上建立管束振动状态方程，分析不同流速下平面弹性管束的频率变化及振型特点，求解管束振动失 稳的临界流速。结果表明：平面弹性管束的阵型分为面内和面外振动，随着管内流速的增大，管束基频明显降低，管束失稳 临界流速在3．356 5～3．356 9 m／s之间，远大于弹性管束换热器实际工作条件下的管程流速。 关键词：平面弹性管束 有限元法 流固耦合 振动特性 中图分类号：TB53 Finite Element Analysis of Vibration Characteristics of Planar Elastic Tube Bundle Conveying Fluid YAN Ke GE Peiqi ZHANG Lei BI Wenbo (School ofMechanical Engineering，Shandong University,Jinan 250061) Abstract：Heat transfer enhancement is achieved by flow-induced vibration in elastic tube bundles heat exchangers．To recognize the vibration characteristics of heat trans~r element under the action of fluid-solid coupling has important significance to the study of heat trans~r enhancement mechanism and to the optimization of tube bundle structure．The finite element method is used to study the vibration characteristics ofplanar elastic tube brindle under the action offluid flow in the tube．Th e rigid connectors are simplified by multi—points constraint equation．The element matrix and tube bundle vibration equation are achieved via the coordinate transformation ofthe four pipes．Th e frequency variation and vibration mode characteristic ofplanar elastic tube bundle is analyzed at different rates of fluid flow in the tube，and the crit