换热器直管非线性振动及运动稳定性分析.doc

《换热器直管非线性振动及运动稳定性分析.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、换热器直管非线性振动及运动稳定性分析李安军邢桂菊周丽雯（辽宁科技大学材料科学与工程学院，辽宁鞍山114051）摘要利用等价线性化的解析方法，分析换热器直管的非线性振动。根据已有的数学模型，得出了振动系统的等价固有频率，对振型也作了探讨，为进一步分析直管的振动情况打下了基础；运动稳定性分析表明运动稳定性的充分必要条件是对应的标准线性方程等式左面各项系数均大于零。把梁的非线性运动理论应用于传热管运动分析，对换热器的工程应用具有指导意义。关键词等价线性化非线性振动稳定性Theanalysisonthenonlinearvibrationandmotionstabi

2、lityofthestraightpipesofheatexchangerLiAnjunXingGuijuZhouLiwen(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,UniversityofScienceandTechnologyLiaoning,AnshanLiaoning114051)AbstactThenonlinearvibrationofthestraightpipesofheatexchangerwasanalyzedbyusingoftheequivalent-linearizedtheory.Theequ

3、ivalentnaturalfrequencyofthevibrationsystemwasobtainedandthestyleofvibrationwasdiscussed,whichwasthebasisforfurtherstudyofthevibrationofthepipes,bysomeknownmathematicsmodels.Theanalysisofthemotionstabilityshowedthatthesufficientandnecessaryconditionofmotionstabilitywasthateachcoeff

4、icientoftheleftpartofthecorrespondingstandardlinearequationwasbiggerthanzero.Inaddition,thenon-linearmotiontheoryofbeamwasappliedtoanalyzethemotionofthepipesofheatexchanger,whichhasagreatsignificancefortheengineeringapplicationofheatchanger.Keywordsequivalent-linearizednonlinearvib

5、rationstability1引言在现代工业中，换热器广泛应用于各个领域。换热器的类型很多，有管壳式换热器、板式换热器、作者简介：李安军(1979-)，男，在读硕士生导师：邢桂菊（1955-），女，辽宁科技大学教授，主要从事热工技术研究，联系方式：gjxing155@sohu.com高温换热器和非金属换热器等[1]。在管壳式换热器的传热元件中用得最多的是直管。直管结构简单，加工方便。但是，直管的振动是换热器设计中必须考虑的十分重要的问题，直管的振动尤其是共振会引起设备的严重破坏，是不利因素，应该竭力避免。引起振动的原因有许多方面，其中主要是换热器内流体诱导

6、振动和它的连结件所传播的动力机械振动[2]。流体诱导振动是传热管振动的直接内因，它有四种诱发机理：旋涡脱落、湍流激振、流体弹性不稳定和声共振[3，4]。连接件传播的振动是外因，它主要包括输流管路和车间的振动。要利用传热管的振动来实现强化传热，抑或是防止传热管的振动以避免换热器的损坏，对这种振动进行研究，掌握它的规律是十分必要的。振动是工程领域广泛存在的一种现象,振动研究主要集中在结构自身的振动特性上，包括结构自身的固有频率和振型、强迫振动的响应以及振动稳定性，后来研究逐渐考虑到与其相关联的物质的耦合作用[5]。流体传热管的振动，是典型的一维流固耦合振动，管内

7、流体振荡引起管道产生机械振动，而管道机械振动反过来又会影响管内流体的运动行为[6]。由于工程实际的需要，对传热管振动的研究不断地展开。振动作为机械运动的一种形式，其规律x(t)决定于作用在系统上各种力的性质。由二阶线性方程(1)表示的振动系统，因为弹性力和阻尼力都是线性函数，所以被称为线性振动系统。(1)式中：m为振动质量，阻尼力，为弹性恢复力，f(t)为干扰力或是激振力。如果弹性力和阻尼力二者之一或二者都是非线性函数，这样的系统被称为非线性振动系统，由振动方程(2)表示：（2）式中：对应为阻尼力和弹性力[7]。目前，国内直接对传热管的横向运动作机械动力学分

8、析的研究很少，一些研究人员把传热管看作是特殊形式的梁