关于换热器管阵流体弹性不稳定性临界流速工程计算方法的建议

本文对我国现行国标“钢制管壳式换热器”(GB151—89)中关于流体弹性不稳定性临界流速的工程计算方法(参考性附求F,F2.3节)提出了修正与补充建议。这些建议是根据作者的计算结果,并参考了国外在流体诱发振动方面的著名学者S.S.Chen,D.S.Weaver和H.Tanaka等人近年来所发表的实验与计算结果而提出的。     

横流冲刷下换热器管束流体弹性失稳的研究进展

管壳式换热器管束受到流体的横向冲刷,进而引发管束与流体的耦合振动,即为流致振动.管束流致振动是引发换热器失效的重要原因,其中最为危险的便是流体弹性失稳.针对国内外管束流体弹性失稳相关研究进行了详细分析,并指出管束流致振动研究的主要研究热点.该相关分析和结论,可为换热器设计和相关研究提供理论依据.     

刚性管对正方形排布管束流体弹性不稳定性的影响研究

采用水洞试验,将中心管上下游不同位置管束改为刚性管,测定了不同流速下中心管的振动响应,研究了刚性管对正方形排布管束的流体弹性不稳定性的影响。试验结果表明,上游刚性管对中心管振动的抑制效果比下游刚性管明显。上游刚性管数量的不同对中心管振幅的影响较小,但对其临界流速的影响较大。上游刚性管间距的不同对中心管振幅和临界流速的影响不同。试验结果可为工程实践提供参考和依据。     

平面弹性管束管内流固耦合振动特性有限元分析

弹性管束换热器利用流体诱导振动实现强化传热,识别流固耦合作用下弹性传热元件的振动特性对于研究其强化传热机理、优化管束结构等具有重要意义.基于此,采用有限元法研究平面弹性管束在管内流体流动作用下的振动特性.通过多点约束方程约束四根管束自由端位移,对管束自由端的连接体采用集中质量法进行简化,利用坐标变换统一弹性管束四根弯管的单元矩阵,在此基础上建立管束振动状态方程,分析不同流速下平面弹性管束的频率变化及振型特点,求解管束振动失稳的临界流速.结果表明:平面弹性管束的阵型分为面内和面外振动,随着管内流速的增大,管束基频明显降低,管束失稳临界流速在3.356 5～3.356 9 m/s之间,远大于弹性管束换热器实际工作条件下的管程流速.     

管壳式换热器管束振动失效研究

某管壳式换热器在使用过程中出现管束泄漏和断裂。通过对管材样品采用化学成分分析、金相组织分析、室温拉伸实验、形貌观察等方式研究了该型号换热器失效的原因。另外,根据该换热器的设计工况,针对其换热管振动时的机理,对换热管振动做了详细的分析。同时对振动机理的研究发现:该换热器的工况处在流体弹性不稳定区域,流体弹性不稳定性使管束发生振动,在交变应力的作用下使管束发生疲劳破坏。     

摩擦材料特性对离合器热弹性不稳定性的影响

针对车辆换挡离合器,应用热弹性不稳定性(Thermoelastic instability,TEI)理论研究其接合过程中的温度场非均匀分布问题。建立离合器接合过程的二维理论模型,采用扰动法求解系统发生TEI的临界条件。通过试验验证TEI理论对离合器温度场分布研究的适用性和临界速度的存在性。研究表明当离合器接合速度超过临界速度时,系统由于摩擦热、热应力和弹性应力等因素耦合作用而失稳,摩擦副表面温度场出现强烈的非均匀性。热点数小于5时,铜基材料临界速度小于纸基材料;热点数大于5时,铜基材料临界速度大于纸基材料。减小摩擦材料弹性模量、增大热导率以及减小对偶材料热膨胀系数,可以提高系统稳定性。     

片式离合器摩擦副热弹性不稳定性温度-压力扰动特性研究

【目的】为了研究多层材料摩擦副热弹性不稳定性（Thermoelastic Instability, TEI）及扰动场分布规律,针对摩擦元件最常见的摩擦片对称-对偶钢片反对称变形模态,采用伽辽金法建立了摩擦副热弹性不稳定性有限元模型。【方法】结合Matlab数值模型分析,通过坐标变换得到了对称-反对称模态下临界速度的径向分布与扰动增长系数变化规律;基于扰动法并结合有限元模型提出滑摩表面瞬态扰动场计算模型,获得了摩擦副滑摩表面温度和压力扰动场分布规律。【结果】结果表明,对称-反对称模态下,最低临界速度对应的扰动频率为主特征扰动,该扰动频率下,扰动增长系数增加最快;摩擦副外径处最先进入热弹性不稳定状态,然后随着相对滑摩角速度的增加而逐渐向内径扩展;温度和压力扰动场的波动沿摩擦副周向呈周期性分布,但线速度沿径向分布的差异导致外径处扰动幅值高于内径;当相对滑摩速度超过临界速度时,由于指数增长效应,扰动幅值会随相对滑摩时间的增加而迅速增长。研究结果为后续探究摩擦副热点形成机制以及温度和压力场分布规律提供了参考。     

两端固支输流管道流固耦合振动的稳定性分析

根据Hamilton变分原理,建立了两端固支管道流固耦合振动的控制方程,用幂级数近似管道的振型函数,求得了方程的解析解,推导了管道固有频率、临界流速、临界压力的计算方法。最后,应用本文推导的计算方法,对一段典型飞机发动机输油管道进行了计算分析,研究了前两阶固有频率,临界流速、临界压力与流体压力、流速、管道固支长度之间的关系。     

内燃机凸轮机构弹性流体润滑分析

内燃机凸轮机构的润滑性能好坏直接影响其工作性能及其使用寿命,从而影响内燃机系统的性能。本文本课题以MATLAB软件为研究工具,研究内燃机凸轮-挺杆机构的摩擦学性能。为进一步解决凸轮-挺杆机构摩擦学耦合分析提供前期研究工作,为优化凸轮机构润滑设计提供理论依据。     

离心泵流体诱导振动研究进展

本文首先介绍了离心泵的振动问题,指出非定常流体激励力是目前唯一难以采取有效措施来消除的激励力。而后描述了离心泵内压力脉动以及由压力脉动来计算流体诱导振动的两种基本方法—单向耦合法和双向耦合法。最后讨论了今后需深入研究的方向。     

茹卡乌斯卡斯横掠错排管束实验模型的数值模拟

茹卡乌斯卡斯实验关联式在换热器的设计中有着广泛的应用。针对茹卡乌斯卡斯研究流体横掠错排管束流动与换热特性的实验段为原型,经过适当的简化,建立三维模型,运用大型CFD软件Fluent对该模型内流体的流动与换热特性进行了数值模拟研究。将数值模拟结果与公式计算结果进行对比,误差较小。通过考察特殊管排的局部换热特性,对模型壁面对换热的影响、末排管与中间管排的换热特性差异进行了分析;并将使用茹卡乌斯卡斯公式进行计算的误差与管排数的关系进行分析,在实际的设计计算中有一定的参考意义。     

船舶艉管轴承润滑流场数值分析

针对水润滑船舶艉管轴承建立了三维几何模型,对轴承内部流场进行了数值分析。分析了水润滑船舶艉管轴承内部流场的压力分布、温度分布、速度分布、湍流能量分布。计算结果表明,轴承内部周向凹槽可以减缓轴承轴向压力降低,轴向凹槽可以增强轴承内部冷却效果,使压力场均匀化,沟槽面可以使层流边界层区域增大,使转捩为湍流的雷诺数增大,降低轴承压力损失。在研究的10种轴承中,组合槽轴承没有出现负压区,空穴效应小,内部湍流能量下降最快,对船舶轴系的激振力最小,可以提高船舶轴系运行稳定性。     

基于管排组合的分离式热管换热器的数值模拟

利用Fluent软件对不同管排组合方案下的分离式热管换热器的蒸发段进行了数值模拟,得出并比较了各管排组合方案下的温度分布、速度分布和压力分布图,发现了管排组合主要影响传热能力和温度分布而对压力降的影响很小.模拟结果与传热理论相符,并且印证了理论计算的结论,即:“单对单”方案热回收量最大,但安全效果不好;“整体对整体”方案的安全效果好,但热回收量最小;“混合”方案能同时满足安全效果和较大的热回收量,效果最优.     

静止外部流体对换热器管束动特性的影响分析

利用大型有限元程序Ansys的参数化设计语言,对模型进行智能化网格剖分、材料参数设定、模型几何参数设置,完成了多种节径比的正方形排列管束的建模,并采用流固耦合法进行了管束在两种流体中的动特性计算。通过计算结果分析,得出了一些有价值的结论,可供从事换热器等化工设备设计的工程技术人员参考。     

轴向槽船舶艉管轴承内部流场数值仿真

针对水润滑船舶艉管轴承建立了三维几何模型,对轴承内部流场进行了数值分析,分析了水润滑船舶艉管轴承内部流场的压力分布、温度分布、速度分布、湍流能量分布。计算结果表明,20槽轴承和4圆柱槽轴承内部没有出现空穴区,可以降低由空穴效应带来的振动和噪声。轴向凹槽可以增强轴承内部冷却效果,沟槽面可以使层流边界层区域增大,使转捩为湍流的雷诺数增大,降低轴承压力损失。根据不同的船舶运行要求选择不同形式的艉管轴承,可以提高船舶轴系运行稳定性。     

筒形件强力内旋压有限元模拟

采用动态显式有限元程序LS DYNA3D对强力内旋压变形过程进行了数值模拟 ,并对有限元建模提出了一些自己的看法。分析了毛坯周向、轴向、径向的应力应变分布及变化过程 ,对强力内旋压变形过程建立了整体的认识。分析了工艺参数不合理时产生内表面裂纹的主要原因。     

简形件强力内旋压有限元模拟

采用动态显式有限元程序LS-DYNA3D对强力内旋压变形过程进行了数值模拟,并对有限元建模提出了一些自己的看法.分析了毛坯周向、轴向、径向的应力应变分布及变化过程,对强力内旋压变形过程建立了整体的认识.分析了工艺参数不合理时产生内表面裂纹的主要原因.     

焊接烟尘流体流动规律数值模拟

用gambit建立了不同的车间模型网格,然后利用流体计算软件Fluent模拟研究了封闭式焊接车间在具有不同送风口、排风口位置时的温度场、速度场。结果显示有两种模型比较满足要求。在这两种模型基础上进行改动,模拟比较改动后模型的温度场、速度场,研究得到混合通风和置换通风两者结合的通风方案对焊接车间烟尘的排放效果更好。     

蒸发式冷凝器异型管束中流体流场数值模拟及实验研究

运用Fluent软件对蒸发式冷凝器3种异型管--椭圆管、扭曲管及弹形管管束中强制对流空气进行了数值模拟,模拟的数据经Tecplot.10处理后直观地表征了3种异型管束中空气的速度场、压力场、温度场,并在此基础上对此3种异型管进行了实验研究.模拟分析得出的结论与实验研究的结果吻合甚好,表明了流线形设计的弹形管与椭圆管、扭曲管相比,不仅传热效率高,而且流动阻力小.     

新型混泡管的数值模拟研究

通过计算流体力学(CFD)软件FLUENT,采用多相流mixture模型对使用不同混泡结构单元的混泡管进行了三维数值模拟,在现有的混泡技术上进行改进和创新,进一步优化泡沫混凝土混泡设备参数。结果表明,两种高粘度的非牛顿流体进行多相流混合时,不同的混合元件的混合效果是不同的。螺旋和扭转类混合元件的混泡效果明显好于扇叶结构,可在较短的混泡管内快速均匀的实现水泥浆体与泡沫流体的混合。但是分段扭转片状的混合元件可以实现更加稳定的混合效果,同时沉降作用最小。确定了该结构参数下的最佳混泡管长度为700mm。数值模拟可详细描述混泡管内的混合过程,并为新型混泡管的研发提供数据参考,为提高泡沫混凝土生产效率和产品质量提供有力的理论支持。