基于热流固耦合的换热器管束数值模拟分析

《基于热流固耦合的换热器管束数值模拟分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、ＤＡＬＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹｆｉ页士享位论文ＭＡＳＴＥＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ．ＪＥｌｊ／＾＼Ｉ臂》工程，动力机械及；；１１＾１＾＾作者姓名ｇ指导教师——至———＿＿－２０１５年６月答辩日期—＿硕士学位论文基于热流固耦合的换热器管束数值模拟分析ＴｈｅＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＨｅａｔＥｘｃｈａｎｇｅＴｕｂｅＢｕｎｄｌｅＢａｓｅｄｏｎＴｈｅｒｍａ－ｌＦｌｕｉｄＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ作者姓名：￡１学科、专业：动力

2、机械及工程学号：２１２１００３１指导教师：王正教授完成日期：２０１５年４月大沒趕工大旁ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体巳经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意？若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：基于热流固

3、賴合的换热器管束数值模拟分析作者签名－０曰：日期：７；Ｊ年＜月／，大连理工大学硕士学位论文摘要管壳式换热器由于其结构坚固、可靠性高以及操作灵活等特点在工业生产过程中广泛应用。换热管是管壳式换热器中最为薄弱的部件，温差引起的热应力以及高速流体引发的换热器管束振动都极易造成换热管的损坏。因此，对实际工作状态下的换热管束进。行研究，对提高换热器寿命以及经济效益都具有重大的实际意义本文以某管壳式空气换热器作为研究对象，．采用多物理场耦合的方法，建立该空气换热器的有限元模型并进行热流固耦合分析。通过ＦＬＵＥＮＴ软件对换热器管程、壳程内流场进行数值模拟，将

4、得到的流场数据通过親合面传递至结构分析中，并作为载荷施加在换热器模型上，对比不同载荷条件下的换热管束的应力分布。结果表明，温差引起的热应力对换热管束的总应力分布影响比较大，而流体压力载荷对换热管束的影响很小。根据换热器流场模拟的结果，计算出换热管所受流体激振力，并作为载荷施加到简化后的换热管有限元模型上，模拟出换热管应力分布及变化。结果表明，旋祸脱落引起的激振力使得壳程入口处的换热管产生了较大的循环应力，容易引发换热管振动，使得换热管束发生疲劳破坏。采用动网格技术和双向流固親合的方法对ｒ＝３０ｍ／ｓ时壳程入口处的流体和换热管束进行了分析。结果表明流体以该流速

5、流动时，换热管束应力以及变形都很小，并在很短时间内达到平衡，判断流体弹性不稳定不会引起换热管束的剧烈振动，对换热管束的影响很小。综上所述，该空气换热器管束失效的主要原因是由温差引起的热应力，而壳程流体流动诱导换热管束振动加速了换热管束的失效，其振动机理是旋润脱落和端流抖振，流体弹性不稳定不会引起换热管束振动。由于温差引起的热变形使换热管束与隔板接触，并产生了较大的应力集中，，当管束振动时管壁与隔板孔之间碰撞接触产生了较高的应力，使换热管束在隔板部位因磨损失效或者剪切失效，直至管壁开裂。关键词：换热器；换热管束；热流固耦合；流体诱导振动－－Ｉ基于热流固稱合

6、的换热器管束数值模拟分析ＴｈｅＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＨｅａｔＥｘｃｈａｎｅＴｕｂｅＢｕｎｄｌｅＢａｓｅｄｏｎｇＴｈｅｒｍａ－ｔｅｒｔｌＦｌｕｉｄＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＩｎａｃｉｏｎＡｂｓｔｒａｃｔ－－ｗＳｈｅｌｌａｎｄｔｕｂｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｉｓｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｖａｒｉｏｕｓｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｌｉｃａｔｉｏｎｓｂｐｐｙａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｆｉｒｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｆｌｅｘｉｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｔｃ．Ｉｔｄｉｒｅｃｔｌｙａ

7、ｆｆｅｃｔｓｔｈｅｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｗｌｅｒｏｃｅｓｓｏｆｅｎｅｒｅｆｉｃｉｅｎｃｉｎｍａｎｃｉｒｃｕｍｓａｎｃｅｓ．ｈｅｓａｆｅｔｏｆｐｈｏｔＴｐｇｙｙｙｙｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｈａｓａｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｅｒａｔｉｏｎ．Ｈｅａｔｅｘｃｈａｎｅｔｕｂｅｇｐｐｇｂｕｎｄ