某冷凝器管束流体诱发振动的研究

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φ19的换热管合并为1根φ38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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题来源

1.2论义选题的目的和意义

1.3课题历史、现状和前沿发展情况

1.3.1管壳式换热器的流体诱发振动的研究的引出

1.3.2国内外的研究成果

1.3.3国内相关规范标准介绍

1.4本谋题分析研究的内容

第二章某冷凝器的分析计算条件

2.1某冷凝器主要结构尺寸

2.2某冷凝器的工艺条件

第三章计算流体力学及FIueilt软件的概述

3.1计算流体力学的概述

3.2有限容积法的数值模拟方法

3.2.1有限容积法的基本思想

3.2.2有限容积法的求解方法

3.3流体的基本控制方程

3.4本次分析使用的的网格单元

3.5本分析的边界条件

第四章某冷凝器流场的CFD计算

4.1冷凝器流型部分的模型尺寸

4.2冷凝器流型部分在Gambit中的建模

4.2.1模型的简化

4.2.2边界条件和材料的属性

4.2.3计算模型和算法的选择

4.3 Fluent计算的流场结果

4.3.1整体流动趋势的分析

4.3.2最大管层速度位置的分析

4.3.3结论

第五章换热管固有频率的计算

5.1 ANSYS有限元程序简介

5.2换热管有限元模型的建立

5.2.1几何模型的建立

5.2.2单元网格的划分

5.2.3边界条件

5.3单根换热管的ANSYS模态分析

5.3.1 ANSYS模态分析

5.3.2 ANSYS计算结果

5.4换热管固有频率的理论计算

5.5两种计算方法的比较

第六章GB151-1999管束流体诱发振动计算

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

附录 管束简化模型相似的数值证明

致谢

研究成果及发表的学术论文

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