换热管流体诱导振动的动力学分析
发布时间：2021-02-18 09:27
流体诱导振动是流体横掠传热元件时诱发振动的现象,其成因多样,但大都没有指明具体的适用范围。据经验总结出诱导振动不稳定性判据的速度机理和位移机理,二者却又缺乏良好的统一。此外,振动极易对设备造成多种形式的破坏,而GB/T 151-2014中仅给出了临界流速的通式,无法判断振动破坏的具体类型。因此,明确诱导振动的形成与作用机理,分析传热元件的受力情况及动力学特性,可为诱导振动的防治提供重要的理论依据。本文首先运用理论分析方法阐述了换热器内流体诱导振动的成因,总结了不同成因解释的局限性和适用范围,并给出与临界流速相关的防振依据。针对诱导振动不稳定性速度机理与位移机理中存在的问题,建立了诱导振动过程基于阻尼的不稳定性判据,创新性地提出“负阻尼”条件下的物理意义及对系统稳定性的影响。结合Routh判据,给出了更高阶振动系统不稳定性的判别方法,并以二阶振动系统为例,证明了该方法的合理性。根据换热器内管束的支撑条件划分为不同区域,并将部分换热管简化为单跨梁进行受力分析,分别求解了不同区域管束的最大弯曲应力点,最大静挠度以及剪切应力。依据换热元件可能发生破坏的情况,分别建立了疲劳临界流速、碰撞临界流速...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
流体横掠柱体升力产生示意图
对于对称体而言，其升力变化为零，故物体振动与流体力之间没有相互作用。所以对于单根独立换热管而言，其振动不可能由流体弹性激励产生。如图 2-2 所示，考虑一个任意非对称截面物体，设流动方向与 x 轴夹角为 ，该方向上的力为曳力DF ，垂直于该方向上的力为升力LF 。当该物体发生振动时，其速度是随着时间变化的，因此rev 与 也随之变化。此外，振动发生时，非对称物体的升力方向和大小同样变化迅速，因此，物体的振动也反过来影响了流体力作用。流体弹性激振一般是在其他机理的促进下产生的，此类振动一旦产生，且当流速超过某一临界值并存在微小增量时，振幅的增加幅度尤为明显，这种不稳定的振动，在流速减小到远远低于初始速度时仍然会持续进行。
硕士学位论文21由此可见，特征根为复根时，系统属于衰减振动过程，并且其振幅按照指数规律衰减。如图2-3所示。可以看出其运动规律并不符合周期运动状态，然而在系统相继两次通过平衡位置之间的时间间隔均为2T，可称之为“条件周期”。取同侧的相邻极值之比，存在如下关系：hhTeexx2max2max1对上式两边取对数可得对数衰减率：hhT20（2-26）由此可见只有假设了阻力正比于速度，最大值才会按指数规律衰减，因此对数衰减仅适用于线性系统当中。图2-3特征方程为复根的振动曲线知道了微分方程（2-19）的解，便可求出所在的相轨线簇的方程，在相平面x-y上的参数方程可写为：)cos(extKht（2-27a）)]sin()cos([extthKyht（2-27b）对x，y进行坐标变换，令：xu，hxyv（2-28）记1CK，则：)cos(e1utCht，)sin(e1vtCht利用极坐标变换，可以使相轨线拥有更加简单的形式：
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑附加强化效应及平均应变的多轴疲劳寿命预估[J]. 刘俭辉,吕鑫,韦尧兵,程金辉. 中国机械工程. 2020(03)
[2]基于有限单元法的裂纹梁结构疲劳寿命预测模型[J]. 龙慧,刘义伦,李松柏. 中南大学学报(自然科学版). 2020(04)
[3]20 m大跨度升降工作平台作业平台振动力学性能分析[J]. 郑夕健,陈超. 机械与电子. 2019(12)
[4]螺旋管式换热器的流致振动研究[J]. 吴建邦,郑明光,王明路,田林,张月. 原子能科学技术. 2020(02)
[5]锥螺旋弹性管束及其振动控制的研究[J]. 王德京,葛培琪,毕文波. 噪声与振动控制. 2019(04)
[6]基于T-N曲线和Miner理论的绷紧式深海系泊缆疲劳损伤研究[J]. 田中仁,张火明,管卫兵,谢卓,方贵盛. 舰船科学技术. 2019(15)
[7]管路模态有限元分析[J]. 蒋炳珍,杨小民. 机电工程技术. 2019(06)
[8]真实流场中换热管流体诱导振动特性研究[J]. 施卿海,苏文献,王宏光. 振动工程学报. 2019(02)
[9]基于平均法的单自由度非线性系统幅频分析[J]. 王树国,郭丽峰,廖鹏泰,张艳波. 机械强度. 2019(02)
[10]单自由度机械系统等效动力学模型及速度波动调节[J]. 余敏. 数学学习与研究. 2017(23)
博士论文
[1]结构动载荷时域识别方法及高精度和稳定性研究[D]. 徐菁.南京航空航天大学 2018
[2]弹性管束流体诱导振动强化换热与疲劳强度研究[D]. 段德荣.山东大学 2017
[3]流体诱导管束振动研究[D]. 张旭.天津大学 2017
硕士论文
[1]低流速下盘管振动对管外对流换热影响的研究[D]. 俞逸杰.山东大学 2019
[2]流体诱导振动的双向热流固耦合强化传热机理研究[D]. 李哲阳.南昌大学 2018
[3]密集柔性管束流致振动机理研究[D]. 苏风.大连理工大学 2018
[4]换热器传热管流致振动碰磨分析与试验研究[D]. 邵海磊.郑州大学 2016
[5]弹性管束换热器管束的受力及应力分析[D]. 董蓬莱.山东大学 2016
[6]流体诱导换热器管束振动的研究[D]. 苗青.大连理工大学 2016
[7]大柔性飞行器结构与飞行动力学建模及未建模分析[D]. 沈华勋.南京航空航天大学 2016
[8]基于实验模态的桥梁结构动力分析方法研究[D]. 纪云涛.云南大学 2014
[9]质量—弹簧—带自激振动系统的摩擦振动动力学研究[D]. 郭浩.东北大学 2013
[10]管壳式换热器的数值模拟及优化设计[D]. 高绪栋.山东大学 2009
本文编号：3039371
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
流体横掠柱体升力产生示意图
对于对称体而言，其升力变化为零，故物体振动与流体力之间没有相互作用。所以对于单根独立换热管而言，其振动不可能由流体弹性激励产生。如图 2-2 所示，考虑一个任意非对称截面物体，设流动方向与 x 轴夹角为 ，该方向上的力为曳力DF ，垂直于该方向上的力为升力LF 。当该物体发生振动时，其速度是随着时间变化的，因此rev 与 也随之变化。此外，振动发生时，非对称物体的升力方向和大小同样变化迅速，因此，物体的振动也反过来影响了流体力作用。流体弹性激振一般是在其他机理的促进下产生的，此类振动一旦产生，且当流速超过某一临界值并存在微小增量时，振幅的增加幅度尤为明显，这种不稳定的振动，在流速减小到远远低于初始速度时仍然会持续进行。
硕士学位论文21由此可见，特征根为复根时，系统属于衰减振动过程，并且其振幅按照指数规律衰减。如图2-3所示。可以看出其运动规律并不符合周期运动状态，然而在系统相继两次通过平衡位置之间的时间间隔均为2T，可称之为“条件周期”。取同侧的相邻极值之比，存在如下关系：hhTeexx2max2max1对上式两边取对数可得对数衰减率：hhT20（2-26）由此可见只有假设了阻力正比于速度，最大值才会按指数规律衰减，因此对数衰减仅适用于线性系统当中。图2-3特征方程为复根的振动曲线知道了微分方程（2-19）的解，便可求出所在的相轨线簇的方程，在相平面x-y上的参数方程可写为：)cos(extKht（2-27a）)]sin()cos([extthKyht（2-27b）对x，y进行坐标变换，令：xu，hxyv（2-28）记1CK，则：)cos(e1utCht，)sin(e1vtCht利用极坐标变换，可以使相轨线拥有更加简单的形式：
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑附加强化效应及平均应变的多轴疲劳寿命预估[J]. 刘俭辉,吕鑫,韦尧兵,程金辉. 中国机械工程. 2020(03)
[2]基于有限单元法的裂纹梁结构疲劳寿命预测模型[J]. 龙慧,刘义伦,李松柏. 中南大学学报(自然科学版). 2020(04)
[3]20 m大跨度升降工作平台作业平台振动力学性能分析[J]. 郑夕健,陈超. 机械与电子. 2019(12)
[4]螺旋管式换热器的流致振动研究[J]. 吴建邦,郑明光,王明路,田林,张月. 原子能科学技术. 2020(02)
[5]锥螺旋弹性管束及其振动控制的研究[J]. 王德京,葛培琪,毕文波. 噪声与振动控制. 2019(04)
[6]基于T-N曲线和Miner理论的绷紧式深海系泊缆疲劳损伤研究[J]. 田中仁,张火明,管卫兵,谢卓,方贵盛. 舰船科学技术. 2019(15)
[7]管路模态有限元分析[J]. 蒋炳珍,杨小民. 机电工程技术. 2019(06)
[8]真实流场中换热管流体诱导振动特性研究[J]. 施卿海,苏文献,王宏光. 振动工程学报. 2019(02)
[9]基于平均法的单自由度非线性系统幅频分析[J]. 王树国,郭丽峰,廖鹏泰,张艳波. 机械强度. 2019(02)
[10]单自由度机械系统等效动力学模型及速度波动调节[J]. 余敏. 数学学习与研究. 2017(23)
博士论文
[1]结构动载荷时域识别方法及高精度和稳定性研究[D]. 徐菁.南京航空航天大学 2018
[2]弹性管束流体诱导振动强化换热与疲劳强度研究[D]. 段德荣.山东大学 2017
[3]流体诱导管束振动研究[D]. 张旭.天津大学 2017
硕士论文
[1]低流速下盘管振动对管外对流换热影响的研究[D]. 俞逸杰.山东大学 2019
[2]流体诱导振动的双向热流固耦合强化传热机理研究[D]. 李哲阳.南昌大学 2018
[3]密集柔性管束流致振动机理研究[D]. 苏风.大连理工大学 2018
[4]换热器传热管流致振动碰磨分析与试验研究[D]. 邵海磊.郑州大学 2016
[5]弹性管束换热器管束的受力及应力分析[D]. 董蓬莱.山东大学 2016
[6]流体诱导换热器管束振动的研究[D]. 苗青.大连理工大学 2016
[7]大柔性飞行器结构与飞行动力学建模及未建模分析[D]. 沈华勋.南京航空航天大学 2016
[8]基于实验模态的桥梁结构动力分析方法研究[D]. 纪云涛.云南大学 2014
[9]质量—弹簧—带自激振动系统的摩擦振动动力学研究[D]. 郭浩.东北大学 2013
[10]管壳式换热器的数值模拟及优化设计[D]. 高绪栋.山东大学 2009
本文编号：3039371
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