换热器管束的流体弹性不稳定性

基于Lever 与Weavar的流管模型，对换热器管束的流体弹性不稳定进行了研究，基本方程利用复数解法进行求解，证明了作用在管上的流体力与管子运动时的位移，速度，加速度密切相关，得出的稳定区图可用来判断管子是否发生流体弹性不稳定现象，模型管束为正方形排列，节径比为1．25，1．32和1．41，试验在风洞 进行，计算结果与实验数据相符。     

低密度流体冲刷下螺旋管束的振动行为

在西安交通大学风洞台架上，针对２００ＭＷ高温气冷堆蒸汽发生器设计参数所建立的实验模型，研究了蒸汽发生器中螺旋管管束在横向低密度流体冲刷下的振动行为。针对发生流体弹性不稳定现象时的临界流速；不同螺旋半径上相邻管的相互影响；同一螺旋半径上、下游管的相互影响等问题作了讨论。获得的结果对高温气冷堆氦气蒸汽发生器的设计提供了依据，同时亦为螺旋管束的诱发振动理论计算和理论模型的建立提供实验依据。     

换热器内弹性管束流体组合诱导振动响应的数值分析

为了探讨换热器内弹性管束在流体诱导下的振动特性,采用流固耦合的弱耦合法,研究了弹性管束在不同流速的壳程和管程两场流体组合诱导下的振动响应,并对比分析了壳程流体和管程流体对弹性管束振动响应的影响。研究表明:当壳程和管程流速一定时,弹性管束两监测点各方向的振动主频、谐频大小一致,且振动主要体现为面内振动。壳程流速较低时,监测点沿壳程流速方向的位移曲线存在明显的二倍谐频。壳程流速变化对管束振动响应的影响较大,管程流速变化对管束振动响应的影响较小,说明弹性管束的振动主要由壳程流体引起。由于流体的冲击和管束重力的影响,当壳程流速较低时,管束沿壳程流速方向的振动平衡位置较低,随着流速的增加,管束沿壳程流速方向的振动平衡位置逐渐上移。     

一种基于表面涡方法的流体诱导管束振动计算模型

为了研究热交换器中管束的流体诱导振动问题,提出了一种基于表面涡方法的圆柱绕流计算模型,包括分离点计算模型和流固耦合模型.利用这一模型,分别模拟了Re为2.67×104时单个刚性圆柱和弹性圆柱的流体诱导振动问题,并计算了圆柱的振动响应、流体力、振动频率和涡云图等.计算结果反映了流体绕刚性圆柱流动的主要特征,以及弹性圆柱流体诱导振动的限幅和非线性(共振区)特性,所得到的平均阻力系数、升力系数、斯德鲁哈尔频率和最大振动幅值与相关文献中的实验结果具有很好的一致性.该模型具有简便、快捷以及能够对亚临界雷诺数下的流体诱导振动问题进行计算等优点,为多圆柱流体诱导振动问题提供了一种新的计算模型.     

采用不同管排组合的换热器弹性管束壳程流体诱导振动响应

为了研究换热器内弹性管束在壳程流体诱导下的振动特性,利用流固耦合的顺序求解法,对换热器内不同管排间距和不同管排数条件下多排弹性管束在壳程流体诱导下的振动响应进行了数值分析;提出了分割式网格划分策略,可大幅度提高网格划分的精度、效率和灵活性;提出了粗算加精算的分步计算策略,可大幅度减少计算时间,提高计算效率。研究表明:在壳程流体诱导下,换热器内各排弹性管束的振动主要表现为面外振动,且振动的均匀性较差;大不锈钢连接体上监测点的振幅受管排间距的影响较大,小不锈钢连接体上监测点的频率受管排间距的影响也较大;当管排间距较小时,各排弹性管束间的相互影响较强;当管排数增加时,各排管束的振动均匀性降低。     

换热器管束流体激振的研究现状评估及新方法

换热器管束的流体激振问题是严重影响其运行安全性的一个关键问题。该文对近年来国内外对此问题的研究进行了综述与评估。根据以往在叶轮机械流体激振研究方面开创的理论系统和研究方法,作者提出了通过应用振荡流体力学原理和参数多项式方法去求解流体基本方程,从而确定流体激振力的方法,应用全功能分析方法来准确预估流体弹性振动的稳定性边界,应用振荡压力传播理论来分析包括声共振在内的流体激振现象。这些思想为换热器管束流体激振研究指引了一条新途径。     

黏弹性流体饱和孔隙介质动力反应分析的显式有限元方法

黏弹性流体饱和多孔介质模型比单相介质或者弹性饱和孔隙介质更接近实际的土层介质,应用该模型研究土层介质的动力响应更为合理。用数值方法研究了半空间黏弹性流体饱和孔隙介质的动力时域响应。根据Biot黏弹性流体饱和两相多孔介质波动方程,采用解耦技术,建立了以固相位移和流相位移为未知量的黏弹性流体饱和孔隙介质动力分析的一种显式有限元法。该方法克服了隐式方法需要求解联立方程组的缺点,具有节省计算机内存空间和计算时间的优点。与解析解比较表明,该算法具有较高的计算精度;最后以一维黏弹性流体饱和孔隙介质为例,分析了黏性系数对动力响应的影响。     

基于双向流固耦合模型的溃坝水流数值模拟

弹性结构在运动流体的作用下会产生动力响应,对结构本身的安全性和耐久性都提出了更高的要求。使用开源计算流体力学软件OpenFOAM和开源计算固体力学软件CalculiX建立双向流固耦合模型,对溃坝水流冲击刚性结构和弹性结构的过程进行了数值模拟。首先对比了代数流体体积法和几何流体体积法在分析溃坝水流冲击刚性结构时的精度,结果表明几何流体体积法能够更为准确地模拟剧烈变化的自由液面。进一步采用几何流体体积法对溃坝水流冲击弹性结构的双向耦合问题进行了分析,弹性结构的动力响应和自由液面的分析结果与前人的数值结果吻合良好,表明目前的数值模型可以应用到实际工程的流固耦合分析中。     

流体诱导振动强化传热的试验研究

通过对一种新型传热元件——弹性管束的传热试验研究发现：诱导振动加强了传热管周围的流体的扰动而达到强化传热的目的．当来流Ｒｅ＜４００时,管外对流换热系数较固定单管提高３倍以上．在换热器的不同高度上的弹性管束,换热能力随诱振方式不同而存在差异．     

流体诱导振动强化传热的试验研究

通过对一种新型传热元件－弹性管束的传热试验研究发现：诱导振动加强了传热管周围的流体的扰动而达到强化传热的目的,当来流Ｒｅ〈４００时,管对外流换热系数较固定单管提高３倍以上,在换热器的不同高度上的弹性管束,换热能力随诱振方式不同而存在差异。     

NHR-200主换热器传热管振动分析

根据２００ＭＷ核供热堆（ＮＨＲ－２００）主换热器的设计工况，针对其传热管振动时流体弹性不稳定、旋涡脱落和湍流激振的主要机理，依目前换热器设计所通常采用的防振判据，对主换热器传热管振动作了详细分析。结果表明：ＮＨＲ－２００主换热器在其设计工况下运行时，不会发生流体弹性不稳定所导致的大振幅振动，如果运行偏离设计工况，那么Ｕ型管的弯管区是首先引起注意的区域；在设计工况下，传热管各区不会产生疲劳破坏，传热管的相互碰撞和剪切与磨损的破坏。     

轴对称有狭窄弹性管流固耦合模型及数值模拟

建立了求解厚壁,有狭窄,大管壁变形的血管及管内血液流动的流固耦合问题的数值计算模型。血管的几何形状、物质特性及模型的有关物理参数由模拟颈动脉血流及血管壁塌陷的实验获得。流体采用Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,用广义有限差分方法求解。     

微肋管单相对流强化换热数值模拟

利用计算流体力学和数值传热学的方法,采用非一致网格,应用Fluent软件对3种型号微肋管管内的单相流动与传热性能进行了三维数值模拟计算和理论分析,研究了管内流体的雷诺数及管子几何尺寸对其流动与传热性能的影响,其计算结果与实验结果基本吻合．结果表明：当10000〈Re〈120000时,与圆管相比,微肋管的努塞尔数分别达到了光滑圆管的1．88、2．08和2．48倍,而阻力系数为光滑圆管的1．60、1．68和1．72倍．     

横掠周期性密集管束流动换热的数值模拟

在较宽的雷诺数范围内,使用CFD软件、SIMPLE算法和QUICK格式,对流体横掠不同管间距的顺排密集型管束,在周期性充分发展段的流动换热进行了数值模拟.选用几何间距与经验公式中相同的管束模型进行计算,将数值结果与前人已存在的经验公式和实验结果进行比较,确保数值模拟方法的正确性.通过分析3种不同计算模型的流场、换热系数等,验证了针对高度密集管束采用周期性边界条件和对称性边界条件的合理性.将其与大间距顺排管束的流动换热特性进行对比,结果表明,密集管束换热系数最高可达大间距管束换热系数的3倍,可为工业上换热器管排布置方式提供参考.     

斜向冲刷圆管束的传热与流阻特性

对空气斜向冲刷圆管束时的管外传热系数与流动阻力进行了实验研究,并对实验结果作了分析,给出了实验条件下的传热与流阻关联式,为斜向冲刷圆管束设计提供了数据依据。实验结果表明,斜向冲刷圆管束比横向冲刷时具有更好的综合传热效果。     

低质量流速垂直和倾斜并联内螺纹管两相流不稳定性研究

在200~450 kg/(m2.s)的低质量流速下,采用31.8 mm×6 mm的6头内螺纹管,在高压试验台上进行了垂直和倾斜并联内螺纹管两相流不稳定性对比试验研究.研究表明:对压力降脉动和密度波脉动,随着进口压力和质量流速的增加,发生脉动的界限热负荷增加,垂直并联管的界限热负荷总是大于倾斜并联管,说明垂直并联内螺纹管的稳定性更好;过冷度对脉动发生的界限热负荷和脉动周期的影响出现不同的趋势.通过对试验数据进行回归处理,给出了两种条件下发生不稳定性脉动的起始点无因次准则方程.     

轴流型换热器壳程的传热优化设计

本文分析了在空心环支承条件下光滑管管束与缩放管管束换热器的壳程流体压降与传热膜系数分布，对换热器壳程传热设计做了优化分析，认为管束的排列结构与长径比是优化壳程传热的重要因素。     

Simulation of flow across complicated domain between tube bundles by the discrete vortex method

On the basis of the analysis of numerical simulation methods for the complicated domain between tube bundles, an improved Lagragian discrete vortex method (DVM) and corresponding algorithm are put forward to solve the practical difficulties of flow across tube bundles. With this method the amount of vortices can be reduced considerably, which makes quick calculation possible. Applied to the practical configuration of horizontal tube bundles, the DVM simulation is carried out and compared with the experimental results. Both the transient flow field and the profile of mean velocity and fluctuations are in good agreement with experimental results, which indicate that the DVM is suitable for the simulation of single-phase flow across tube bundles.