大型管壳式换热器的随机响应分析.PDFVIP

振 动 与 冲 击 第 25卷第 3 期 JOU RNAL O F V IBRAT ION AND SHOCK V ol. 25 N o. 3 2006 王定标 魏新利 向 飒 吴金星 郭茶秀 (郑州大学化工学院, 郑州 450002 换热器管束的振动破坏问题是严重影响换热器运行安全性的一个关键问题。根据随机振动理论对管壳 式换热器流体诱导管束振动进行了分析, 建立换热器管束振动的力学模型, 确定流体激振力分布, 应用随机振动理论推导 出换热器管束振动随机响应的均方根和谱密度。研究表明, 采用随机振动理论可以较好地预测管壳式换热器管束流体诱 导振动; 纵向流换热器与折流板换热器相比, 具有优异的抗振性能。 : 换热器, 管束, 流体诱导振动, 随机响应 : O 324; TK 172 : A 111 0 可视折流板换热管为两端固定( 对管板与管于连 管壳式换热器常因流体诱导振动而发生过早地破 接处 或两端简支( 对两折流板间的换热管 的等截面 坏, 这种振动会引起换热器的额外压力损失、噪声和传热 连续梁, 在其上作用随机分布的湍流力。力学模型如 元件等的破坏。换热器流体激振问题引起了各国学者的 图 1所示。 广泛关注和重视。换热器内流体激振的原因大致归纳 [ 1] 为: 旋涡脱落、湍流抖振、流体弹性激振和声共鸣 。 [ 2] 在管束振动研究方面, 张继业 等就流体中的管 束振动问题提出了一种新的分析方法, 该方法能够与 通用的结构分析有限元程序结合, 克服了Ga lerk in方法 在解决具有复杂边界条件的管束流体振动时遇到的困 难及有限元方法在计算流体弹性力时对有限元网格划 图 1 力学模型 分要求过于严格的不足。为防止管束因振动而破坏, 由于管与流体耦合以及换热管振动的影响, 单位 [ 3] 胡明辅 等对传统纵流式换热器和横流式换热器进行 管长的有效质量可表示为 了抗振性能分析, 开发了折流栅抗振型换热器和折流 m = m + m + Lm ( 1) t f i f 0 板抗振型换热器, 并对其抗振性能进行了研究分析。 其中: m 为空管质量; m 为管内流体质量; m 为被管取 t f i f 0 [ 4 - 7 ] 但据资料显示 , 流体在换热器壳程低雷诺数 代的壳程流体质量; L为附加质量系数(或称流体动力 情况下流动, 流经换热管后的尾流接近于二维, 而当