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管束流致振动与噪声特性研究

周国成  
【摘要】: 管束是冷凝器、蒸汽发生器等换热设备的重要组件。管内外流动引起的脉动力将导致管束振动,并可能是管束因过度振动和疲劳发生破坏失效。因此研究管束的流致振动对提高冷凝器的可靠性有着重要意义。管束绕流所产生的噪声是冷凝器噪声的主要组成部分,准确预测管束绕流噪声也是降低冷凝器噪声的必要步骤。 论文采用了CFD及动网格技术,运用数值方法研究了圆管的流致振动现象,分析了圆管的响应特性以及振动圆管与流场之间的耦合作用,阐明了新的涡激振动“自限定”现象发生机理,并观察到涡激振动旋涡脱落模态的转变。 为了研究管束绕流气动噪声特性,本文利用FW-H声学类比模型,采用FLUENT软件对单管以及管束的绕流气动噪声进行计算。计算结果表明圆管及管束绕流噪声主要来源于其所受的绕流升力,绕流的力学特性直接影响到绕流噪声的大小、频率以及指向性。 最后,本文对单管及管束在管内外流体共同作用下的振动进行了实验研究,着重考虑了管内流动对圆管固有频率的影响、圆管的响应特性以及振动对管内流体压力脉动的影响。实验研究表明,管内流体的质量以及其流动都将改变管的固有频率;管束的排列将改变圆管涡激振动的特性,而管外风速将使得管内流体压力脉动的特征频率发生改变。


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