换热管振动特性研究.pdf

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1、2013年6月机床与液压June2013第41卷第11期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．41No．11DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．11．016换热管振动特性研究刘明，张应迁，柳忠彬，唐克伦(四川A．x-学院机械工程学院，四川自贡643000)摘要：为避免共振需要对换热器管进行振动特性分析，利用ANSYS的流一固耦合高级技术，实现了充满介质换热管固有频率的计算。结果表明：换热管充满介质以后，其固有频率会减小。采用ANSYS参数化设计语言(APDL)的参数化功能，实现了不同密度介质下换热管固有频率的计算，并根据有限元分析结果得到

2、了充满介质的换热管固有频率的工程计算方法，同时，简单介绍了圆柱扰流尾涡脱落频率，为换热管的合理设计提供理论基础。关键词：换热管；共振；ANSYS参数化设计语言；固有频率；流一固耦合；卡门涡街中图分类号：TH49文献标识码：A文章编号：1001—3881(2013)11—061—3VibrationCharacteristicResearchofHeatExchangeTubeLIUMing，ZHANGYingqian，LIUZhongbin，TANGKelun(MechanicalEngineeringDepartment，SichuanUniversityofScience&Eng

3、ineering，ZigongSichuan6430O0．China)Abstract：Inordertoavoidresonance，thevibrationcharacteristicofheatexchangetubewasanalyzedinneed．TheadvancedtechnologyFSIofANSYSwasemployedtoimplementcalculationofthenaturalfrequencyofheatexchangetubefilledwithmedium．Theresultshowsthatthen~uralfrequencywillbered

4、ucedwhentheheatexchangetubeisfullyfilledwitl1medium．TheparametricfunctionofParametricDesignLanguage(APDL)hasbeenutilizedtoachievethecalculationofn~uralfrequencyofheatexchangetubewhichfilledwithvariousmedium．Meanwhile，accordingtoFiniteElementAnalysis(FEA)resuh，anengineeringcalculationmethodforth

5、en~uralfrequencyofheatexchangetubefullyfilledwithmediumisobtained．Atthesametime，thefrequencyofflowpastacylinderhasbeenintroducedinbrieLThemethodwillprovidetheoryevidenceforreasonabledesignoftheheatexchangetube．Keywords：Heatexchangetube；Resonance；ANSYSAPDL；Naturalfrequency；FSI；K6rmdnvortexstreet

6、换热器内流体诱导振动是一门新兴的边缘学科，成的一门力学分支，它是研究变形固体在流场作用下它涉及流体力学、振动理论、材料力学、弹塑性力学的各种行为以及固体位移对流场影响这二者相互作用及有限元、疲劳与累积损伤理论、容器及金属设备的的一门科学。流一固耦合力学的重要特征是两相介质磨损等多领域内容，实用性极强。为了避免出现共之间的相互作用，正是这种相互作用将在不同条件下振，都需要对换热器管束进行振动特性分析，从而使产生形形色色的流一固耦合现象。研究流一固耦合的得激励频率远离固有频率。研究管束固有频率方一般步骤如下：法很多，包括传统的瑞利一里兹法、矩阵迭代法、简(1)建立流体单元的实体模型。单图

7、解法以及现代兴起的有限元法。有限元法可以很(2)标记流一固耦合界面。流一固耦合交界面的精确地模拟结构的振动问题，包括结构的固有频率以处理：流体与固体是两个独立的实体，在划分单元时及对应的各阶振型。因此，有限元法逐渐成为结构在两者交界面上的单元网格要划分一致，这样在交界面上的同一位置一般就有两个重合的节点，一个节点振动特性分析的首要工具。换热器的管子通常采用两端焊接、膨胀等方法紧固在刚性较大的管板上。对于属于流体单元，一个节点属于固体单元，这两个重合节点在交