不同傾斜角度熱交換器振動特性流固耦合模擬及試驗研究

馮 俊，董金善，吳倩倩，任子奇，張森源

（南京工業大學 機械與動力工程學院，江蘇 南京 211816）

在熱交換器運行過程中，當熱交換器內流體誘導頻率接近設備結構的固有頻率時，熱交換器將會發生共振，產生流致振動[1-2]。振動會引發熱交換器的失效破壞，失效破壞常出現在換熱管上。因此，引發換熱管振動失效的因素成為研究重點。固有頻率是描述管束振動特性的主要參數，現有經驗公式表明，影響換熱管固有頻率的因素主要有換熱管直徑、換熱管厚度、材料彈性模量、材料密度及幾何形狀等。但在工程實際中，約束條件、折流板公差、折流板厚度、高溫蠕變、應力硬化、換熱管內外流體以及流體含氣率等因素都會影響換熱管的固有頻率[3-11]。

王健[12]通過分析熱交換器管束約束條件對換熱管固有頻率的影響，得到通過增加管板厚度可以提高換熱管固有頻率的結論。劉超鋒等[13]系統分析了帶折流板的熱交換器，找出了影響振動的各種因素。呂東祥等[14]通過對單根換熱管進行模態分析與諧響應分析，討論了換熱管厚度、跨距、外徑和節徑比對換熱管固有頻率的影響。譚蔚等[15]通過對換熱管的數值模擬，認為換熱管支撐失效可能會降低換熱管固有頻率。蘇文獻等[16]根據不同換熱管固有頻率的計算方法，計算出了換熱管固有頻率理論值，并與有限元方法得到的固有頻率結果進行對比，得出了各計算方法的區別。范森等[17]利用有限元分析軟件對換……