换热器作为最简单也是最重要的单元设备，在能源动力、石油、化工、食品和制药等工业生产中占有重要的地位，应用广泛。随着经济的发展，人类的能源消费量增加，换热器的换热性能成为社会各行各业的热点关注问题。为了提高换热性能，换热器的结构设计逐渐采用高强度的材料，换热管束的管壁厚度也越来越薄，这使得流致振动问题成为换热器结构设计中必须要考虑的问题。为了研究流致振动换热管束的热流固耦合特性，了解流致振动对换热特性的影响。本文利用商业软件Fluent并结合自定义函数，数值模拟了流致振动对单圆柱和双圆柱的对流换热特性的影响。讨论了折减速度、振动自由度、间距比和错列角度等对涡流形成、振动响应和换热特性的影响。
　　本文首先研究了单圆柱流致振动特性和换热特性，讨论了流致振动对换热特性的影响，并比较不同自由度流致振动圆柱的换热效果。研究结果表明：双自由流致振动的无量纲振幅在x和y方向上均随折减速度的增加先增大后减小。运动轨迹呈“8字形”，尾涡脱落模态为2S。当U*=5时，得到最大的振幅响应0.63D。
　　无量纲位移和面平均努塞尔数随时间呈周期性变化，一个横向振动周期包含两个面平均努塞尔数变化周期。最大平均努塞尔数在U*=6时取得，与固定圆柱和单自由度流致振动圆柱相比，双自由度流致振动圆柱的热交换分别提高了5.73%和2.46%。
　　其次，研究了串列布置的上游固定圆柱和下游流致振动圆柱的流致振动响应特性和换热特性，讨论了上下游圆柱中心之间的距离对流致振动和换热特性的影响。研究结果表明：当间距比和折减速度较小时，上游圆柱的尾流包裹下游圆柱，旋涡在较远处以2S模态脱落，抑制了下游圆柱的振动。上游圆柱后驻点局部努塞尔数较小，下游圆柱前驻点处几乎没有热交换，局部努塞尔数趋于零。当间距比较大或折减速度较大时，上游圆柱的旋涡与圆柱的旋涡融合生成更大尺寸的旋涡一起脱落，对下游圆柱的流致振动起促进作用。下游圆柱振动幅度较大，前驻点处局部换热增加，下游圆柱的最大局部努塞尔数在前驻点处取得，上游圆柱后驻点局部努塞尔数增加，出现第二峰值。当S/D=3.0，U*=13时，旋涡模态转变2S→2P，振幅取得最大值为1.44D，上游圆柱和下游圆柱的平均努塞尔数取得最大值。相比于串列双圆柱绕流，上游圆柱的最大平均努塞尔数可增大19.51%，下游圆柱可增大150.42%。当间距比S/D=4.0和5.0时，两个圆柱之间的相互作用减小，随折减速度的变化，上游圆柱的平均努塞尔数基本稳定不变，下游圆柱的平均努塞尔数变化趋势与单圆柱相似。
　　最后，为了深入分析换热管束流致振动对换热特性的影响，研究了错列布置的上游固定圆柱和下游流致振动圆柱的流致振动响应特性和换热特性，讨论了两个圆柱的错列角度对其流致振动和换热的影响。研究结果表明：随着错列角度和间距比的增大，旋涡脱落模态经历了以下变化变化，双排涡街，2S→S+P→2S，三排涡街。振动圆柱的振幅随错列角度的增大先减小，然后增大，最后再减小。不同间距比下，取得最大振幅的角度不一样。间距比较小S/D=1.5和2.0时，在φ=45°时取得最大振幅，当间距比较大S/D=3.0-5.0时，在φ=30°取得振幅最大值。振动圆柱的最大振幅约为0.79D，在φ=45°，S/D=1.5时取得。当间距比较小S/D=1.5时，固定圆柱的平均努塞尔数随错列角度变化复杂，在φ=45°时取得最大值。间距比较大时，固定圆柱和振动圆柱的平均努塞尔数整体上随错列角度的增大而增大。当错列角度较大时，振动圆柱在不同间距比下的平均努塞尔数值大致相等。