管壳式冷凝器振动与噪声特性研究

论文摘要

随着工业生产迅速发展和生产规模不断扩大,所用的管壳式冷凝器越来越趋向大型化,管束无支撑跨度增大,刚性变差;为了提高传热效率,工质流速也越来越大,导致冷凝器流体诱发振动的破坏现象日渐增多。因此,冷凝器内流体诱导振动的研究已成为当前的重要研究课题。本文对冷凝器管束固有特性、流体诱导振动的漩涡脱落激励机理、冷凝器模态及振动声辐射的数值计算方法等进行了研究,具体包括:1.采用数值模拟的方法对冷凝器管束的固有特性进行了较全面的分析,讨论了冷凝器管束支撑、温度引起的预应力,以及冷凝器结构、管束内外流体与冷凝器管束的耦合作用等因素对冷凝器管束固有特性的影响。2.用有限元/边界元方法计算了冷凝器振动声辐射,研究了激励形式和挡流板位置对冷凝器辐射声场的影响。3.利用大型有限元软件ANSYS/FLOTRAN CFD,完成了二维单管绕流的数值模拟,并通过快速傅立叶变换,得到了圆管位移响应的功率谱,进而求出漩涡脱落频率。通过计算结果分析,得出了一些有价值的结论。4.使用ANSYS的APDL语言,实现了结构分析和流体分析真正意义上的双向耦合计算。完成了壳程流体冲击作用下的管束振动分析,讨论了在冲击激励下冷凝器换热管振动响应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 冷凝器管束流体诱导振动的研究概况
• 1.3 流固耦合研究概况
• 1.3.1 流固耦合国际研究概况
• 1.3.2 流固耦合国内研究概况
• 1.4 流体诱导振动的防范措施
• 1.5 管道噪声研究概况
• 1.6 论文的主要工作
• 第2章 直管振动的流固耦合数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 轴向振动的数学建模
• 2.2.1 流体运动的描述
• 2.2.2 管道运动的描述
• 2.2.3 流固接触面边界条件
• 2.3 横向振动的数学建模
• 2.4 线性流固耦合分析的数值方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 冷凝器管束固有特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 冷凝器折流板对模态分析的影响
• 3.2.1 结构动态特性的有限元分析
• 3.2.2 参数化设计语言（APDL）介绍
• 3.2.3 计算模型及有限元离散化
• 3.2.4 模态计算结果
• 3.3 温度应力对冷凝器管束固有特性的影响分析
• 3.3.1 应力刚化
• 3.3.2 基本模型
• 3.3.3 结果分析
• 3.4 对考虑流固耦合作用的管束固有特性的仿真分析
• 3.4.1 引言
• 3.4.2 基本方程和数值分析方法
• 3.4.3 基本模型
• 3.4.4 计算结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 冷凝器振动声辐射仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 有限元/边界元（FEM/BEM）理论
• 4.3 冷凝器结构振动谐响应分析
• 4.3.1 模型描述
• 4.3.2 谐响应分析
• 4.4 冷凝器结构声辐射仿真计算
• 4.4.1 冷凝器壳体结构表面振动速度分布
• 4.4.2 结构球面场点辐射声压分布
• 4.4.3 不同激励下辐射声压级的比较
• 4.4.4 不同结构形式冷凝器辐射声压级比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 冷凝器流固耦合振动分析
• 5.1 引言
• 5.2 圆管绕流漩涡脱落运动的数值模拟
• 5.2.1 基本方程
• 5.2.2 建模及计算
• 5.2.3 漩涡脱落频率计算
• 5.3 CFX和ANSYS实现双向流固耦合方法介绍
• 5.3.1 ANSYS 10.0流固耦合功能介绍
• 5.3.2 冷凝器流固耦合分析过程
• 5.4 冷凝器的双向流固耦合计算及结果分析
• 5.4.1 基本方程
• 5.4.2 有限元计算模型及其求解步骤
• 5.4.3 冷凝器流固耦合计算及结果分析
• 5.5 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A
• 附录B