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基于流固耦合的换热管束振动分析 孙 雷，赵 刚，刘华君，张世 民 (海洋石油工程股份有限公司，天津 300451) 摘 要：阐述了换热器管束振动的机理、破坏形式以及换热管共振特性的研究方法。突破传统研究 方法的局限性，运用有限元分析软件，采用流固耦合的方法对换热管共振特性进行了研究。结合某 油田项 目中一台管壳式换热器，对单根换热管共振特性、换热管束共振特性影响因素以及动态响应 特性进行了全面研究，得出了调整换热管束共振频率、避免共振的有效方法，结论具备一定的工程 应用参考价值。 关键词：换热管束；流固耦合；共振特性 中图分类号：TE965；0241．82 文献标识码：A 文章编号：1001—4837(2011)08—0039一o5 doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2011．08．008 VibrationAnalysisofHeatExchangeTubeBundleBasedon Fluid——structureCoupling SUNLei，ZHAOGang，LIUHua—jan，ZHANGSift—min (OffshoreOilEngineeringCo．，Ltd．，Tianjin300451，China) Abstract：Themechanismsanddestructiontypesoftubebundleforheatexchangerweredescribedaswell astheresearchmehtodofresonancecharacteristics．Basedon thefiniteelementnaalysissoftware，the mehtodoffluid—structurecouplingwasappliedonthereserach．Combiningwiht asetofheatexchnager， thefactorsaffectinghteresonancecharacteristicsofsingletubeandtubebundlewerereserachedcompre— hensivelyaswellashtechraacteristicsofdynamicresponse．Thentheeffectivemeasuresofadjustingthe resonnacefrequencyandavoidingresonnaceraeobtained．Theconclusionscanbeusedinengineeringas reference． Keywords：heatexchnagertubebundle；fluid—structurecoupling；resonancechraacteristics 热器局部失效甚至整体报废 J。 0 引言 换热管的振动与换热管的固有频率及流体的 横向激振力密切相关。按激励型式的不同，流体 在管壳式换热器的设计中，为了使其具有较 横向激振可以分为旋涡分离、流体的弹性激振、紊 高的热力性能和低的污垢度，通常需要高的流速、 流抖振和声学激振 J。旋涡分离、紊流抖振和 合理的压降…。在流体横向流的冲击下，换热管 声学激振是振动响应现象，当激振频率与管子频 管束容易产生流体诱导振动趋势。如果振动振幅 率同步就产生振动响应 j。流体弹性激振的发 达到足够大，则可能出现换热管结构破坏，造成换 生，是管子在壳程流体横流速度达到临界值时，导 39 基于流固耦合的换热管束振动分析 Vol28．No8201l 致管子振动响应振幅