【摘 要】
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换热器是通过两种介质间热量传递实现热量交换的设备,传统换热器使用刚性材料作为传热管束,管束受流体冲击将造成管束振动,由振动引起的管束疲劳破坏,大大降低传热元件使用寿命。锥螺旋管束使用铜制材料作为传热元件,铜制弹性管束在周期振动情况下具有更高的使用寿命,并能通过诱导流体冲击管束,提高管束振动响应,破坏弹性管束表面热边界层,进而达到提高换热效率的目的。换热器内密集嵌套布置的锥螺旋弹性管束结构,使换热器
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换热器是通过两种介质间热量传递实现热量交换的设备,传统换热器使用刚性材料作为传热管束,管束受流体冲击将造成管束振动,由振动引起的管束疲劳破坏,大大降低传热元件使用寿命。锥螺旋管束使用铜制材料作为传热元件,铜制弹性管束在周期振动情况下具有更高的使用寿命,并能通过诱导流体冲击管束,提高管束振动响应,破坏弹性管束表面热边界层,进而达到提高换热效率的目的。换热器内密集嵌套布置的锥螺旋弹性管束结构,使换热器具有更高的整体传热率。本文基于流固耦合顺序求解法,建立数值计算模型,研究了锥螺旋管束安装位置、壳程流体入口流速和管束结构（管排间距和管排数量）对锥螺旋弹性管束振动响应和传热特性的影响,本文主要工作归纳如下:1.建立数值计算方法并验证。基于流固耦合顺序求解法,建立壳程流体域和结构域计算模型,并分别进行网格划分。在已有管束振动和传热实验的基础上,建立与实验模型结构相同的计算模型,通过对比实验结果与模拟计算结果,验证数值计算方法可靠性。2.计算锥螺旋管束不同布置下管束振动和传热特性。研究表明:（1）安装位置不会影响管束振动频率,但会影响管束振动幅值,管束振动主要为x和y方向振动,靠近流体出入口位置管束振动幅值高于中间位置。（2）顺流速方向布置时管束面均传热系数高于逆流速方向布置情况,振动条件下管束传热系数均高于非振动条件下,振动强化传热能力最高提高了14.64%。3.分析不同入口流速对锥螺旋管束振动和传热情况,研究表明:（1）管束振动频率不受流速影响,但振动幅值随流速增加而上升。（2）各管束的面均传热系数随流速增加而增加,振动条件下面均传热系数整体大于非振动下面均传热系数,振动强化传热能力最大提高19.42%。4.分析不同管束结构对振动响应和传热特性的影响。得出以下结论:（1）管束振动频率不受管排间距影响,但振动幅值随管排间距的增加而增加,最大振幅增加了54.5%。（2）随着管排间距的增加,提高管束振动强化传热性能,大间距下振动强化换热提升效果最佳,振动强化传热效果最大提升了13.32%。（3）增大管排数量导致管束振动幅值上升。换热器整体传热效率最大提高9.09%。
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