第 卷第 期
年 月
武 汉 工 程 大 学 学 报
文章编号
脉 动 流 条 件 下 弹 性 管 束 换 热 器 振 动 特 性 仿 真
王成刚
刘 慧
刘 俊
肖 健
高 兴
盖超会
武汉工程大学机电工程学院 湖北 武汉
武汉软件工程职业学院电子工程学院 湖北 武汉
摘 要 为了得到弹性管束换热器传热元件的振动参数以及流体诱导振动强化传热规律 对平面弹性管束的固
有振动特性及脉动流作用下的弹性管束振动规律进行了研究 首先 利用 软件建立平面弹性管束有限
元模型 并对管束进行模态分析 然后利用 软件对弹性管束内通入脉动流后的流场进行数值分析 结
果表明 弹性管束复杂的三维运动状态提高了其换热和抑垢性能 三棱柱绕流体产生的脉动流速度变化范围为
波形明显 因此三棱柱绕流体更适合用于脉动流发生装置 数值计算得到的弹性管束振动频率与
实际工况脉动流流体流经弹性管束时产生的频率相一致 为弹性管束换热器在实践使用中提供一定的参考意义
关键词 弹性管束 有限元 脉动流 振动
中图分类号 文献标识码 doi
收稿日期
基金项目 国家自然科学基金 武汉工程大学科学研究基金
作者简介 王成刚 男 湖南祁东人 副教授 博士 研究方向 应力分析 计算机测控技术 控制 新型化工
设备的研究与开发
引 言
弹性管束换热器是利用流体诱导振动来达到
强化传热的效果 并且还有利于降低污垢热阻 实
现复合强化传热
通过诱发和控制传热元件自
由振动达到流体诱导振动强化传热来防止振动破
坏 因此控制换热器内部传热元件的振动至关重
要
为了实现换热器的强化传热和流体诱导强
化传热技术 研究如何合理地诱发传热元件振动
以及实现对传热元件的有效控制有着重要的意
义
由于脉动流的脉动参数具有周期性变化的
特点 可以将其作为对传热元件进行简谐激励的
外部激励源 以实现对传热元件振动的控制
为
了控制传热元件振动的效果 采用脉动流发生装置
来诱导弹性管束产生一定频率的周期性振动
然后利用得到的周期性振动的脉动流流体流经弹
性管束 进而研究弹性管束换热器的振动频率
弹性管束结构及有限元模型
弹性管束由四根弯管和两块不锈钢连接体组
成 其三维实体模型如图 所示 连接体 两处
为固定端 A B 两端可以自由运动 管束从外到内
的编号分别为 换热器工作时管程流体可
以从 A B 两端的任意一端进入 依次经过四根弹
性管束 连接体将相邻管束连通 利用 软件
建立了弹性管束有限元模型 连接体选用六面体实
体单元 建模 管束选用板壳单元 建
模 网格划分后得到的有限元模型如图 所示
图 弹性管束结构图
图 弹性管束的有限元模型