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某冷凝器管束流体诱发振动的研究

作　者: 唐艳芳
导　师: 赵军
学　校: 北京化工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 流体诱发振动换热器流体弹性不稳定计算流体力学
分类号: TK172
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 92次
引　用: 2次
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内容摘要

本文根据PTA生产装置中一台大型冷凝器的生产工艺参数和实际尺寸,合理的简化模型,利用计算流体力学软件Fluent对冷凝器不同管层的流速进行分析,并参照GB151-1999管束振动的标准进行流体诱发振动的理论计算,以确定冷凝器管束是否发生流体诱发振动。本课题主要做了以下研究工作：首先,根据冷凝器的工艺条件参数,对可能诱发振动的原因进行了分析,主要有流体弹性不稳定、漩涡脱落、紊流抖振三种诱发机理；第二,根据冷凝器的实际尺寸,在Gambit中合理的简化,建立分析模型,确定边界条件、材料属性和操作条件,确定求解方法,并对所研究的冷凝器管束间的流场进行分析,以找到管层最大速度出现的位置；第三,根据GB151-1999,计算固有频率和临界流速；最后,根据振动判据,计算比较,得出明确的结论。根据以上分析,模型进口流量较小,流速较低,处于单相流作用下,进口冲刷的管束有较为明显的速度波动,并在管间隙中出现最大管层速度,并不会发生管束的流体诱发振动。本文还讨论了根据流量不变原理,4根中19的换热管合并为1根中38换热管的简化措施是否合理,根据相似的理论,得出两种流动情况的规律。本文的研究结果对保证换热器等化工设备安全运行,防止管束发生大幅度振动具有一定的理论价值和实际意义。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-24
  1.1 课题来源  14
  1.2 论文选题的目的和意义  14-15
  1.3 课题历史、现状和前沿发展情况  15-22
    1.3.1 管壳式换热器的流体诱发振动的研究的引出  15-17
    1.3.2 国内外的研究成果  17-22
      1.3.2.1 流体弹性不稳定的研究概况  17-19
      1.3.2.2 漩涡脱落的研究概况  19-20
      1.3.2.3 管壳式换热器壳侧流场CFD模拟的研究概况  20-22
    1.3.3 国内相关规范标准介绍  22
  1.4 本课题分析研究的内容  22-24
第二章某冷凝器的分析计算条件  24-26
  2.1 某冷凝器主要结构尺寸  24-25
  2.2 某冷凝器的工艺条件  25-26
第三章计算流体力学及Fluent软件的概述  26-34
  3.1 计算流体力学的概述  26-28
  3.2 有限容积法的数值模拟方法  28-30
    3.2.1 有限容积法的基本思想  28-29
    3.2.2 有限容积法的求解方法  29-30
  3.3 流体的基本控制方程  30-32
  3.4 本次分析使用的的网格单元  32
  3.5 本分析的边界条件  32-34
第四章某冷凝器流场的CFD计算  34-46
  4.1 冷凝器流型部分的模型尺寸  34-36
  4.2 冷凝器流型部分在Gambit中的建模  36-38
    4.2.1 模型的简化  36-38
    4.2.2 边界条件和材料的属性  38
    4.2.3 计算模型和算法的选择  38
  4.3 Fluent计算的流场结果  38-46
    4.3.1 整体流动趋势的分析  38-41
    4.3.2 最大管层速度位置的分析  41-44
    4.3.3 结论  44-46
第五章换热管固有频率的计算  46-53
  5.1 ANSYS有限元程序简介  46
  5.2 换热管有限元模型的建立  46-49
    5.2.1 几何模型的建立  46-47
    5.2.2 单元网格的划分  47-48
    5.2.3 边界条件  48-49
  5.3 单根换热管的ANSYS模态分析  49-51
    5.3.1 ANSYS模态分析  49
    5.3.2 ANSYS计算结果  49-51
  5.4 换热管固有频率的理论计算  51-52
  5.5 两种计算方法的比较  52-53
第六章 GB151-1999管束流体诱发振动计算  53-55
第七章结论与展望  55-56
  7.1 结论  55
  7.2 展望  55-56
参考文献  56-58
附录管束简化模型相似的数值证明  58-64
致谢  64-65
研究成果及发表的学术论文  65-66
作者和导师简介  66-67
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  67-68

某冷凝器管束流体诱发振动的研究

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