换热器是量大面广的通用设备,其性能的每一分提升都意味着巨大的经济效益和社会效益。换热器内流体诱导振动是长期以来一直未能得到很好解决的难题。传统的换热器设计中,往往是通过增加刚性约束解决流体诱导振动引起的元件损坏。然而,振动能够强化传热的效果早在上世纪六十年代就有相应的实验论证,并且引起广泛关注。随着浮动盘管等利用流体诱导振动强化传热的元件的提出和利用,在换热器内有效地利用振动,化害为利成为现实。本文对处于一定的流体域内的盘管进行了受力分析,理论上研究了流体阻尼和结构阻尼对盘管振动影响,推导了盘管在流场阻尼和结构阻尼影响下的振动方程;针对盘管的湿模态振动特性,通过附加质量系数表达了流场阻尼对盘管振动的影响。对盘管进行了数值模拟分析,通过振动模态锤击实验得到盘管元件的固有模态特性,验证了数值模拟结果的正确性。进一步通过数值模拟分析了流场环境对盘管元件的湿模态频率的影响,并对盘管湿模态特性对换热性能的影响进行实验研究。盘管在流场中振动时附加质量的存在使盘管的湿模态频率较其固有频率产生一定程度的下降;流场的黏度对盘管的湿模态频率影响较大,黏度的增加会使湿模态频率下降;盘管受流场附加质量越大换热性能越差。通过编写UDF定义流场入口的脉动流,利用双向热流固耦合的方法,模拟了在两种约束方式下,不同曲率半径的盘管在脉动流场中,流体诱导振动对盘管传热的影响。当盘管以悬臂形式固定时,盘管更容易发生面外振动,且振动幅度随着盘管圆心角增大先增大后减小,在盘管圆心角为180°时结构受流体诱导振幅最大;当盘管以两端弹簧约束时,面外振动与面内振动发生的机率相当,且更大的盘管圆心角更容易引起此种约束方式盘管的振动。盘管由于振动具有周期变化的速度,因而管外边界层外流场与结构的相对速度也会发生周期性改变。本文通过对振动条件下相对速度与温度梯度协同度的理论推导,分析验证振动方向与流场流动方向夹角相对于对流换热强度的影响。通过对盘管有限元划分,以UDF编程定义了盘管局部的振动特性,其振动频率、振幅、振动方向与流速的夹角则与盘管沿程不同的振动工况相对应。通过ANSYS进行单向热流固耦合,模拟流场以横掠和轴向流的方式经过振动的盘管单元表面时,盘管单元不同的振动特性对管外对流换热系数的影响情况。当流速与振动最大速度接近时,盘管面内振动对换热的强化效果更好;当流速远大于振动速度时,面外振动对换热的强化效果更好,但是这个强化效果会随着流速的不断增大而衰减。本文致力于挖掘盘管振动与其换热性能之间的联系,通过理论分析、数值模拟以及部分实验数据论证了流场阻尼和结构阻尼影响盘管振动,进而影响盘管的换热性能;得出了不同阻尼工况下增强盘管换热的方案:大流速时面外振动能更有效的促进换热,而悬臂梁比两端弹性约束更易引起结构的面外振动,小流速时面内振动也是促进换热的重要因素,结构两端弹性约束更易诱发面内振动。为换热盘管的工业生产及设计优化提供了指导意见。