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基于弱流固耦合方法的换热器流体诱导振动失效分析

王军政  
【摘要】:随着工业生产中管壳式换热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,流体流速也不断提高,换热器流体诱导振动的破坏现象日益增多,因此换热器内流体诱导振动的研究成为了当前的重要课题。 以某石化公司精对苯二甲酸装置中大型钛冷凝器作为研究对象,以其流体诱导振动失效分析为背景,采用多孔介质模型模拟钛冷凝器壳程流场分布情况,根据壳程流场模拟结果,计算换热管所受流体力载荷,加载至换热管有限元模型,得出所受应力及最大应力位置。结果表明,流体诱导振动致使钛冷凝器换热管发生了共振现象。换热管应力达到疲劳极限,从而发生疲劳破坏。 尝试将弱流固耦合的方法应用于换热器的失效分析中。首先基于弱流固耦合的数值分析方法,模拟了二维非定常弹性支撑圆柱绕流问题,结果表明该弱流固耦合方法是可行的。在此基础上,进一步发展了该流固耦合方法,借助商业软件,将流场作用力传递至有限元分析软件,求得换热管所受应力大小及最大应力位置,将结果与有限元法所得结果进行对比,验证了所采用流固耦合方法的可行性。


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