[发明专利]一种换热器传热管漩涡脱落诱发振动的分析方法

摘要

本发明公开了一种换热器传热管漩涡脱落诱发振动的分析方法，包括以下步骤获得换热器一次侧及二次侧流体沿传热管分布的流场参数，基于流场参数和传热管的结构参数判断流场参数属哪一范围，若流场参数属于第一预设范围，则利用流体力系数数据库获得具体流场参数下的流体力系数；若流场参数属于第二预设范围，则利用公式（1）～（4）计算换热器传热管的振动响应；若流场参数属于所述第三预设范围，则利用公式（1）、（2）、（5）、（6）计算换热器传热管的振动响应。本发明的有益效果是既可以考虑传热管内流体的流动，也可以考虑传热管内流体‑传热管外流体‑传热管振动的耦合作用，便捷、高效地实现了传热管的漩涡脱落诱发振动计算。

主权项

一种换热器传热管漩涡脱落诱发振动的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、利用热工水力系统分析软件对换热器的一次侧及二次侧流场进行计算，获得所述一次侧及二次侧流体沿传热管分布的流场参数，该流场参数包括：传热管内流体与传热管外流体的密度和流速；S2、基于所述流场参数和所述传热管的结构参数，判断所述流场参数是否属于第一预设范围；S3、若所述流场参数属于所述第一预设范围，则利用流体力系数数据库通过插值获得具体流场参数下的流体力系数，所述的流体力系数数据库为：表中：U为横向流速，C′d为脉动阻力系数，C′l为脉动升力系数，为稳态阻力系数，St为Strouhal频率；S4、基于所述流场参数和所述传热管的结构参数，判断所述流场参数是否属于第二预设范围，若所述流场参数属于所述第二预设范围，则利用公式1～公式4计算换热器传热管的漩涡脱落诱发振动响应；S5、基于所述流场参数和所述传热管的结构参数，判断所述流场参数是否属于第三预设范围，若所述流场参数属于所述第三预设范围，则利用公式1、公式2、公式5、公式6计算换热器传热管的漩涡脱落诱发振动响应；其中，公式1～公式6分别指：公式1：公式2：公式3：公式4：公式5：公式6：式中，qx＝2C′d/C′d0，qy＝2C′l/C′l0；σx＝0.3×4、σy＝0.3、Qx＝12×4、Qy＝12，C′d0＝0.4，C′l0＝0.4；C′d，C′l，利用所述流体力系数数据库通过插值得到；EI为传热管的弯曲刚度，Ap为传热管的横截面积，D为传热管的外径，L为传热管的长度，c为结构阻尼，ρ为流体密度，mf和ms为单位长度的传热管内流体的质量和单位长度的传热管的质量；u和w为传热管的流向振动位移和横向振动位移，ωL和ωD为升力方向的漩涡脱落频率和阻力方向的漩涡脱落频率，其中，ωD＝2ωL，ωL＝2πUSt/D，St利用所述流体力系数数据库通过插值得到，U为横向流速，V为传热管内流体的速度；x为传热管的流向振动方向，y为传热管的横向振动方向，z为传热管初始横向挠度为零时的轴向中心线，t为时间，E为材料弹性模量；所述第一预设范围具体为：横向流速U位于0～10m/s之间；所述第二预设范围具体为：无量纲横向流速Ur小于无量纲临界折合速度Urc；所述第三预设范围具体为：无量纲横向流速Ur大于无量纲临界折合速度Urc；所述Ur＝U/fnD，fn为传热管的固有频率，D为传热管外径；所述Urc＝1/St，St利用所述流体力系数数据库通过插值得到。