整體針翅管結(jié)構(gòu)參數(shù)對振動特性的影響

牛廣林， 唐澤龍， 宋志勇

(1.廣東石油化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院, 廣東 茂名 525000； 2.黑龍江科技大學(xué) 理學(xué)院， 哈爾濱 150022)

0 引 言

換熱器是石油、化工、火電、核電、船舶等行業(yè)廣泛使用的重要設(shè)備，美、英、法、德、加、日等國家的許多工廠都曾發(fā)生因換熱設(shè)備發(fā)生振動導(dǎo)致工廠停產(chǎn)、設(shè)備失效，造成人員和財產(chǎn)的重大損失。我國的熱電廠、化工廠等也曾發(fā)生過相關(guān)的事故，造成的損失非常重大。因此，世界各國都非常重視換熱設(shè)備振動方面的研究。文獻(xiàn)[1-2]采用CFD方法對圓柱體的渦致振動進(jìn)行了仿真計算，得到圓柱體的響應(yīng)特性以及渦脫落模態(tài)，并應(yīng)用于工程實踐。整體針翅管作為新型高效的傳熱管，尤其對管外傳熱效果差的粘性流體或氣體，具有傳熱效果好，擴(kuò)展傳熱面積2～5倍的突出優(yōu)點，牛廣林等[3]研究了光管和針翅管組成的混合管束傳熱及流動阻力。吳如勝等[4]數(shù)值分析了整體針翅管溫度場。馬騰飛等[5]數(shù)值模擬了強(qiáng)化換熱管。文獻(xiàn)[6]證實，利用計算軟件對換熱器模擬分析是可行的。盡管利用TEMA和 GB /T 151—2014標(biāo)準(zhǔn)對已經(jīng)設(shè)計的換熱器進(jìn)行振動校核[7]，對流固耦合的換熱管流致振動也進(jìn)行分析理論和數(shù)值分析研究[8-10]，但是針對工程中整體針翅管換熱器內(nèi)的縱向流動振動研究與國內(nèi)外研究通用的理論流體模型存在較大差別，筆者開展整體針翅管振動的研究，獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)對其振動特性的影響。

1 針翅管控制方程

針翅的管道振動方程可根據(jù)經(jīng)典殼體理論獲得。設(shè)管體軸向位移、切向位移和徑向位移分別u、v和w，即分別沿母線坐標(biāo)x、圓周坐標(biāo)和徑向坐標(biāo)的位移。……