某冷凝器管束流体诱发振动的研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 论文选题的目的和意义
• 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
• 1.3.2.1 流体弹性不稳定的研究概况
• 1.3.2.2 漩涡脱落的研究概况
• 1.3.2.3 管壳式换热器壳侧流场CFD模拟的研究概况
• 1.3.3 国内相关规范标准介绍
• 1.4 本课题分析研究的内容
• 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Fluent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
• 作者和导师简介
• 北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书