浅谈管壳式换热器流动诱发振动

本文将对管壳式换热器中流体流动诱发振动作简要介绍，对换热器模拟软件HTRI中有关振动分析评价程序进行说明，并借助此振动分析评价程序解决工程应用实际问题。     

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。     

管壳式换热器振动的计算机程序

本程序设计对管壳式换热器在操作工况下是否产生振动作了分析，并对振动时换热器是否产生破坏加以判别，指出了振动破坏可能发生的位置及原因，为防止振动提供了可靠的理论依据。     

管壳式换热器的振动分析及预防措施

对管壳式换热器振动破坏进行了全面分析，结合工厂实例，提出防振改进方案。     

换热器抽芯与装芯过程中的自激振动

研究了管壳式换热器在现场抽芯和装芯过程中产生的自激振动现象,并通过对抽、装芯过程建立运动模型,导出振动方程,从而对其自激振动现象进行了理论分析。提出了控制这种自激振动的措施。     

10MW 高温堆热气导管振动分析

根据１０ＭＷ高温气冷堆热气导管处于内外两股方向相反气流同时作用的具体结构特点，针对实际设计工况，建立了其流动诱发振动的理论模型，即两端简支，受内外两股方向相反气流同时作用的单管振动模型；给出了相应的数学描述和简捷求解方法；通过计算获得了其振动频率随流速的变化关系，和不同流动工况下，失稳时的临界流速，及相应的稳定性图。分析结果表明，热气导管的设计工况完全处于稳定区内，即其在设计工况下运行时，不会产生大振幅的流致振动。     

两跨传热管在水中横向运动时的支承阻尼

换热器管子的挤压膜阻尼与中间支承的几何参数以及管子与中间支承之间的动态相互作用有关。为研究中间支承的几何参数对挤压膜阻尼的影响,作者在具有中间支承的两跨试验装置上作了较系统的实验研究。本文主要研究管子在支承中作横向运动时的挤压膜阻尼。实验研究表明:支承厚度、直径间隙等几何参数对挤压膜阻尼均有明显的影响,而管子相对于支承板上圆孔的偏心率也是一个很重要的影响因素。在分析实验结果的基础上,讨论了计算挤压膜阻尼的半经验公式。     

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。     

换热器内锥螺旋弹性管束振动强化传热研究

为分析换热器内锥螺旋弹性管束的流致振动强化换热情况,采用双向流固耦合的数值方法,分别研究入口流速和管排间距对其在壳程流体诱导下的振动响应及传热特性的影响。结果表明当入口流速由0.5m/s增大到0.9m/s,锥螺旋弹性管束的振动强度明显提高,管束的传热性能提高,流致振动使得管束的传热性能分别提高了5.2%、4.3%和3.5%,管束流致振动强化传热性能增强。随着管排间距从30mm增加到40mm,锥螺旋弹性管束的振动强度增大,流致振动使得管束的传热性能分别提高了2.5%、4.9%和3.1%,且管排间距为35mm时锥螺旋弹性管束的传热性能最佳,管束流致振动强化传热性能也最佳。     

折流板换热器振动及防振措施研究

分析了折流板换热器产生振动的主要原因，并对针对换热器振动所采取的一些措施，如用圆钢杆代替折流板的“折流杆换热器”、以扁钢代替圆钢杆与支撑圈一起构成抗振栅的“折流栅换热器”等进行了分析和探讨。     

换热器螺旋管冷凝换热的数值模拟与实验研究

为了研究换热器螺旋管的冷凝传热性能,对R22制冷剂使用VOF模型在螺旋直径为300mm、螺距为19.52mm、管道直径为9.52mm的换热器螺旋管进行了数值模拟,分析了换热器螺旋管的流场分布特性,研究了流体流速和饱和温度对螺旋管内换热性能的影响。通过实验研究了不同参数对螺旋管内换热性能的影响,对数值模拟的准确性进行验证。实验结果表明,在不同流体流速时冷凝换热系数的模拟数据与实验数据之间的相对误差为3%-11%,在不同饱和温度时冷凝换热系数的模拟数据与实验数据之间的相对误差为3%-8%,说明数值模拟方法和结果是合理的。该研究为螺旋管换热器的设计优化以及空调热水器一体机的节能损耗给予了一些参考。     

流体纵向流过针翅管传热性能实验研究

对针翅管（包括Sunrod焊接针翅管和整体针翅管）进行了气相和液相传热性能实验研究，试验分别在空气、水和油等介质中进行，得出了流体纵向流过针翅管的流动换热准则关系式。结果表明针翅管具有优良的传热性能和较低的阻力损失。     

200MW核供热堆主换热器温度场和流量场计算

主换热器是核供热堆一、二回路之间进行热交换的关键设备。其温度分布和流速分布对主换热器的设计有重要意义。该文采用数值分析的办法进行计算时把主换热器在二维网络中划分成 4个区 ,将整个计算简化成在一定流量场下计算温度场和在一定温度场下计算流量场两部分。计算温度场时要列出热平衡方程组 ,计算流量场时要涉及到压降平衡方程组 ,由于方程组是非线性的 ,采用了 Newton迭代法进行计算。在计算温度场和流量场的同时也得到了传热系数和线性热功率的分布。     

锥纹管换热器流体流动与传热性能实验研究

波纹换热管是一种具有特殊形状的双面强化传热管,传热效率高,轴向变形补偿能力强,被广泛应用于工程实际中。锥纹管是在传统波纹管的基础上进行改进得到的新管型,具有优越的强化传热特性。针对锥纹管弓形折流板换热器的流动与传热特性进行实验研究,并将其与传统光滑管弓形折流板换热器进行对比,实验结果表明：在所测试流量范围内,当管程介质为水,壳程介质分别为水和32#液压油时,与光滑管换热器相比,锥纹管换热器的总传热系数分别提高了5%~40%和5%~20%,管程压力降升高了20%~70%,壳程压力降降低了10%。同时进行了相关数值模拟计算,并基于实验和模拟结果,对以水为介质的锥纹管换热器的管壳程传热准则关联式进行了拟合,数值验算结果表明,关联式可以满足工程设计的精度要求。     

锥纹管换热器流体流动与传热性能实验研究

波纹换热管是一种具有特殊形状的双面强化传热管,传热效率高,轴向变形补偿能力强,被广泛应用于工程实际中。锥纹管是在传统波纹管的基础上进行改进得到的新管型,具有优越的强化传热特性。针对锥纹管弓形折流板换热器的流动与传热特性进行实验研究,并将其与传统光滑管弓形折流板换热器进行对比,实验结果表明：在所测试流量范围内,当管程介质为水,壳程介质分别为水和32#液压油时,与光滑管换热器相比,锥纹管换热器的总传热系数分别提高了5%～40%和5%～20%,管程压力降升高了20%～70%,壳程压力降降低了10%。同时进行了相关数值模拟计算,并基于实验和模拟结果,对以水为介质的锥纹管换热器的管壳程传热准则关联式进行了拟合,数值验算结果表明,关联式可以满足工程设计的精度要求。     

管式换热器在混合气体余热回收中的传热优化

为了研究高温混合气体在管式换热器中的传热特性,基于k-ε湍流模型、传热理论和Maxwell-Stefan扩散理论建立三维稳态数值模型,分析物质扩散条件对换热器温度场分布的影响。对换热器进行参数化分析,如冷热流体入口温度、速度,并从?的角度探究换热器的热传递效率。研究发现,物质扩散改变了混合气体中各组分的分布,使在传热中占主导地位的氢气发生回流扩散,反复换热,消耗高温流体热量,降低了换热器的传热性能,与未考虑物质扩散因素相比,等效传热系数从16.564 W/(m~2·K)降为15.955 W/(m~2·K),且在一定的工况参数范围内,换热器的效率在10%～30%之间,冷却效果明显。     

平板式内构件管式换热器传热性能研究

实验研究了安装有平板及45°平板扰流内构件的管式换热器传热与压降特性,结果表明：管内插入平板和45°平板扰流内构件时,换热器传热性能和压降特性随扰流内构件组数N和Re的增加而增大;当Re ≥ 2.6×10⁴时,换热器压降增加比较显著;当N>6时,平板内构件换热器传热性能强化稍优于45°平板内构件换热器,但是压降明显较大;两种内构件组数不宜超过9组。在实验研究范围内,平板和45°平板内构件换热器传热性能分别是空管换热器的1.66~3.47倍和1.67~3.38倍,压降分别是空管换热器的6.25~29.57倍和3.61~10.77倍。Re在1.9×10⁴左右时,平板和45°平板综合性能评价因子达到最大,分别约为1.24和1.57,说明45°平板内构件换热器综合性能优于平板内构件换热器。随后进一步采用数值模拟方法对换热器的传热和流动特性进行了模拟,结果表明：有角度平板可以使流场旋转产生二次流动,强化了传热,降低了换热器压降的增幅。因此,将有角度的内构件插入管式换热器中可有效增加换热器的综合传热性能。     

换热直管内外流诱导振动频率漂移特性

采用二维圆柱绕流模型,得到换热直管在较大范围雷诺数的横掠外流场作用下的升力和阻力函数,将其作为激励,同时考虑管道在非定常流动中的附加质量,建立了一种改进的内外流固耦合计算模型.计算结果表明:横掠外流带来的附加质量会导致管道固有频率的漂移,雷诺数也会影响外部激励的频率.由于内流雷诺数也会影响管道的固有频率,因此在特定的内外流共同作用下管道可能发生共振.本模型可以预测发生共振时内外流雷诺数的范围,为合理设置内外流的安全运行工况提供理论依据.     

蓄/取热工况套管式地埋管换热器换热特性试验研究

为研究竖直套管式地埋管的非稳态传热特性,通过搭建竖直套管式地埋管传热特性砂箱试验台,对竖直套管式地埋管进行了试验研究,分析了蓄热工况和取热工况下不同运行模式对竖直套管式地埋管以及其周围土壤传热特性的影响,获得了竖直套管式地埋管流体的进出口水温、周围土壤温度、单位井深换热量以及平均传热系数的变化规律。试验研究结果表明：蓄热工况下在间歇运行模式分别为1:1与1:2情况下,启停比越小,地埋管周围土壤温度波动范围越大;取热工况下,距离地埋管径向距离越远的土壤温度受启停比时间的影响较小;间歇运行模式下的单位井深换热量比连续运行模式下单位井深换热量高,运行72 h时启停比1:1模式下单位井深换热量比连续模式下单位井深换热量高157.98 W/m。可见间歇运行模式有利于土壤恢复,实际工程中可根据建筑要求合理选择间歇运行。     

水平管外蒸气轴向库特流动时的凝结换热

根据蒸气在管束间和套管环流道内流动特性，建立了适应该种流动凝结换热的物理及数学模型；通过数值求解，得到了蒸气流束对流膜厚度的影响区域及其随雷诺数，雅可比数及普朗特数的变化关系，表明这种流动形式强化了凝结换热。