换热器是一种工业设备,应用广泛,主要集中应用于化工、电力、石油等领域,可以实现能源的多次利用及提高能源的利用率。随着对提高传热效率要求愈高,换热管束无支撑跨度逐渐增大,流体流速逐渐增快,流体诱导振动现象越来越明显,管束因振动造成失效以致带来严重危害案例持续增多。因此,空气诱导换热器管束振动是一项很有意义的研究课题。本文以管壳式换热器为研究对象,首先对换热器进行了模态分析,确定其固有频率,探讨其各阶振型及振动特点：又通过理论分析与数值模拟相结合的方式,分别对流体诱发振动几种常见机理：圆柱绕流紊流抖振、漩涡脱落、流体弹性激振进行进一步研究,具体探究了3种诱发机理下管束的振动情况。结果表明,管束因漩涡脱落及流体弹性激振发生振动的可能性大,且壳程入口处管束振动响应大于其它位置。在模态分析中,选择三种换热器有限元模型进行计算及对比,得到换热器各阶的固有频率,结果为选择正确的换热器数值模拟模型提供依据。结果也表明了换热器不同阶次振动的不同特点。在换热器壳侧流场分析中,采用Fluent计算流体力学软件中多孔介质模型模拟流场中的介质做简化分析,得到其速度场和压力场分布。在换热器壳程流场漩涡脱落诱导管束振动分析中,对流场圆柱绕流进行数值模拟,分别得到三根换热管的升力系数和阻力系数,由此计算出作用于换热管的升力和阻力,并施加于对应换热管进行瞬态响应的分析。结果显示壳程中央与壳程出口处的换热管所受的力小于壳程入口处的换热管,同一根换热管在隔板处所受的力较大,易发生应力集中在换热器壳程流场紊流抖振和流体弹性激振诱导管子振动分析中,计算并判断管束因紊流抖振发生振动的可能性小,可能会因流体弹性激振发生振动。使用Fluent软件动网格模型对流场绕圆柱群流动进行数值模拟,得到圆柱因流体流动发生振动响应的位移曲线。结果同样表明壳程流体入口处的管束产生的振动位移大于其它位置的换热管。综上所述,该换热器管束会因壳程工作介质横掠流动的诱导发生振动,诱导其振动的原因主要是旋涡脱落和流体弹性激振。壳程入口处的换热管产生的振动的可能性及振动响应较其它位置的换热管更大,因此,壳程入口处的换热管更容易因流体诱导振动破坏失效。