浮头式换热器流体诱发振动计算分析

以45万吨/年高端聚丙烯装置的裂解气-气浮头式换热器为研究对象,分别按照GB/T 151—2014和TEMA—2019标准对其在设计条件下的流体诱发振动进行了预测分析。重点讨论了浮头式换热管束固有频率的计算方法,对比分析了流弹性诱发振动计算结果。并依据最终的预测结果提出了有效的防振措施,计算结果表明改进后的换热器能有效避免其产生有害的流体诱发振动。

含集中质量的斜置输流管路的流体诱发振动分析

为了研究倾斜安置的含集中质量的输流管路的流体诱发动力学特性,在一般形式控制方程的基础上,引入重力和倾角两个因素从而建立了问题的动力学微分方程,利用基于新型形函数的Galerkin法离散该微分方程的解,通过推导及初等变换,最终获得求解管路固有频率的特征方程。通过实例计算发现:①在同等参数水平下,向上倾斜的管路的刚度更低;②随集中质量的增加,在既定的流速下,固有频率首先急速减小,然后趋势放缓,但集中质量的改变不会影响发散临界流速的计算结果;③随集中质量安置坐标的增加,在既定的流速下,固有频率波动变化,且安置坐标能够引起临界流速和失稳形式的变化。上述内容可被推广用于研究具有其他支承形式及附加元素的管路的流固耦合振动问题,为后续的振动可靠性等问题的研究作了良好的理论及计算方法方面的铺垫。

摩擦诱发振动中摩擦参数对接触状态转变的影响

为了开展摩擦诱导振动(FIV)的能量收集、减振和稳定性分析等应用研究,建立FIV在滑动运动方向上的数学模型研究摩擦参数对摩擦状态转换的影响。分析研究μs、μ_(D)和C对摩擦接触状态转变的影响。结果表明:在一个周期内,C和μ_(s)越大,产生的黏附时间越长,转变周期越长;随着μ_(D)的增加,在一个周期中黏附时间占比就越小。C和μ_(D)对初次粘着时间和振幅基本无影响;μs越大,结构幅值和系统的最大静摩擦力就会越大,从静态状态转换到滑动接触状态的时间越长;μ_(D)越大,滑动摩擦力就会越大,反弹距离和黏滞时间越短;C越大,摩擦力下降的速度越快,结构达到下一个黏滞状态的时间就越短;参数C超过20时,对摩擦转化的影响极小。

离心泵流动诱发振动特性数值计算分析

建立了一种适用于离心泵等叶轮机械流动诱发振动工程计算的数值模型。基于URANS方程求解泵内流场,在流场非定常计算过程中输出叶轮所受时域脉动压力,将脉动压力通过FFT转换到频谱并以之作为泵组结构的振动激励源,采用隐式有限元方法进行泵组结构振动响应的计算。计算方法通过测试得到验证,可以用于离心泵流动诱发振动特性的计算评估和低噪声设计。计算完成了原型和改进型船用海水泵在设计工况下流动诱发振动响应,分析了两型泵流场、振动激励源和振动响应等特性。结果显示:泵的改型设计显著减小泵内压力脉动以及振动激励源,改型泵振动小于原泵。

输流管道的流体诱发振动稳定性分析

考虑内、外部流体的联合作用,研究输流管道的流体诱发振动稳定性。将外部流体的作用简化为涡激升力,利用Kane方法建立输流管道的二维非线性涡激振动方程。将动力学方程在平衡位置附近线性化,进行输流管道的稳定性分析。探讨不同内外流流速、外部流体的粘滞力系数、管道跨度以及内外流联合作用对管道稳定性的影响。研究结果表明,非线性涡激振动模型更真实地反映输流管道的流体诱发振动稳定性,在内流和管道跨度的影响下,发生耦合模态颤振现象;外部流体粘滞力系数的变化对管道的动力特性有明显的影响;在内外部流体的联合作用下管道的振动特性与各因素单独作用时明显不同。

双圆柱绕流诱发振动的数值模拟(Part I横向振动)

采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法数值模拟圆柱在尾流中的流体诱发振动特性。重点分析了圆柱的动力学响应特性,包括升阻力、位移振幅、拍和锁定等现象;另外也详细分析了圆柱的尾涡结构。研究结果表明,在串列下,大质量比时,圆柱的振动会受到抑制,小质量比时,圆柱的振动则会被放大;较之孤立柱的情形,圆柱共振发生在低于且接近于1.0的频率比带内且不易随质量比的变化发生偏移;小质量比下圆柱振幅及共振带都要比大质量比下的大得多;不同频率比和间距比下,圆柱的动力学特性存在明显的差异,相应的涡脱落模态呈现出2P、P+S和2S模态甚至是2P+S模态,各种模态之间互相竞争促进流固耦合的不断变化发展,导致涡间距和涡街宽度的变化。

核反应堆流体诱发振动问题综述

流体诱发振动是关系到核反应堆结构设计的安全性和可靠性的重要问题。本文综述了流体诱发振动问题的国内外研究状况,按照湍流激振、流体弹性不稳定、旋涡脱落、声共振以及轴向流等不同的激振机理,介绍了流体诱发振动的分析方法、经验公式和将来要解决的问题。

空间站柔性太阳翼热诱发振动分析

柔性太阳翼随空间站在轨运行时会受到周期性的热载荷作用,为研究热载荷对柔性太阳翼的影响,采用热-结构非耦合分析方法对柔性太阳翼进行了热诱发振动分析。提出了等效位移法,按照节点位移等效原则计算柔性太阳翼有限元模型各节点的等效温度载荷,再以该载荷为激励计算柔性太阳翼的动态响应。通过自编的Python程序实现等效温度载荷计算过程中的数据处理,以及热诱发振动分析流程中的有限元前后处理。通过与理论解和数值解作对比,验证了基于等效位移法求解等效温度载荷并用于非耦合热诱发振动分析的方法的准确性。通过对柔性太阳翼的热诱发振动分析,得到了柔性太阳翼的动态响应数据,发现了柔性太阳翼出地球阴影区时的刚柔耦合情况。分析结果可以为柔性太阳翼的设计和改进以及在轨的安全性、可靠性的评估提供参考。

空间站柔性太阳翼桅杆热诱发振动分析

针对空间站柔性太阳翼的桅杆进行了非耦合热诱发振动分析.用有限元法计算等效温度载荷,计算在该载荷作用下引起的桅杆振动.通过自编的Python程序实现温度-位移耦合分析、静力分析、线性动态分析之间的数据读取、处理和加载等操作.以多个学科的理论为依据,使用自编的有限元前后处理Python程序和Abaqus有限元软件完成桅杆的非耦合热诱发振动分析.结果表明,非耦合热诱发振动有限元分析方法具有一定的可靠性,可以为空间站太阳翼的设计分析提供参考,分析过程中计算得到的等效温度载荷可以应用于空间站某舱段及其太阳翼的振动分析.

三维流体诱发振动的理论模型与数值模拟

建立了三维流体诱发振动的理论及数值模型,采用任意拉格朗日-欧拉框架下的三维非定常Navier-Stokes方程组及波动方程组,分别描述了流体的流动及结构振动．流动及振动控制方程组分别采用基于非结构化运动网格上的有限体积法和有限差分法求解．对刚性、受限振动及自由振动的三维圆柱体进行了数值计算．结果表明:圆柱的自由振动基本上为Strouhal型涡诱发振动,即每个截面按“8”字型轨迹运动,且横向振幅远大于流向振幅,计算结果与现有的实验及数值解吻合较好．首次采用流体诱发振动模型对极限环振动模式进行了定量分析,发现在圆柱中间截面附近高频气动力对振动起阻尼作用,而在端面附近气动力与位移间的稳定相位差对振动起激励作用．

旋涡诱发振动中的次谐,超谐和主共振问题

本文利用尾流－结构振子模型去研究弹性结构的旋涡诱发振弱和强的相互作用下的共振动力学特性。我们借助于多重尺度法和范式方法，得到次谐、超谐和主共振周期运动和呼种定量和定性结果。

深埋洞室开挖瞬态卸荷诱发振动的衰减规律

深埋洞室爆破开挖过程中围岩初始地应力的瞬态卸荷会诱发振动。针对圆形隧洞开挖,分析了地应力瞬态卸荷过程中围岩应变能、动能、径向应力做功3者之间的平衡机制,并采用量纲分析,建立了基于开挖岩体应变能的瞬态卸荷诱发振动衰减公式。结合锦屏二级引水隧洞和瀑布沟地下主厂房爆破开挖实例,开展了瞬态卸荷诱发振动的识别分离,并分析了诱发振动的衰减规律。研究表明:地应力瞬态卸荷诱发振动的峰值与被开挖岩体应变能密度的二次方根成正比,且开挖卸荷体积越大,诱发振动越强烈;与Lu-Hustrulid衰减公式相比,新衰减公式应用范围更广,使用精度更高。

脉动流诱发振动系统稳定性分析

建立了脉动流诱发振动转子密封系统的振动模型的一次近似方程,分析了系统的平衡点稳定性问题。从脉动流诱发振动的角度,建立转子密封系统的振动模型的一次近似方程为线性周期系数系统的方程。脉动流诱发振动转子密封系统的振动模型的稳定性判别,采用微分方程稳定性理论当中的线性周期系数系统的稳定性判据,讨论了系统的平衡点稳定性问题。研究表明,系统满足一定情况时能实现零解稳定性。

10MW高温气冷实验堆蒸汽发生器传热管流体诱发振动分析

10MW 高温气冷实验堆(HTR-10)蒸汽发生器传热管为小弯曲半径的组件式螺旋管结构,管外流动介质为氮气,具有结构上的特殊性。本文利用近期国内外流体诱发振动(FIV)的理论和试验研究成果,从 FIV 发生的主要机理——漩涡脱落、流体弹性稳定性和声振动出发,分析、计算和校核其设计可靠性。结果表明,HTR-10蒸汽发生器在 FIV 方面的设计是安全的。

柔性太阳翼桅杆涂层特性对热诱发振动的影响分析

空间站大型柔性太阳翼系统在轨运行期间会受到周期性的热辐射作用,导致结构温度周期性变化,从而诱发太阳翼的振动。为研究太阳翼桅杆热控涂层特性对热诱发振动的影响,文章采用热-结构顺序耦合的方法,对桅杆无涂层、电镀涂层和白漆涂层3种不同表面状态进行热诱发振动分析,得到了太阳翼的位移-时间响应结果。对比不同涂层下太阳翼参考点的振动结果可以看出:涂层特性对于热诱发振动是有影响的,其中白漆涂层能大幅度减小振动的振幅。

风机—风道系统的气流诱发振动

对由于气流的不稳定而引起的风机－风道系统的振动的机理进行了分析，并结合电厂送风系统讨论了各种类型的气流不稳定引起的振动特性及治理措施。

关于TEMA标准《流体诱发振动》若干问题的讨论(二)

笔者在使用TEMA标准的过程中,结合所进行的部分科研工作,对标准中六个方面的问题提出了一些看法,以期更多的设计者今后在作换热器振动分析时,能关注并进一步探讨这些问题。

关于TEMA标准《流体诱发振动》若干问题的讨论(一)

笔者在使用TEMA标准的过程中 ,结合所进行的部分科研工作 ,对标准中六个方面的问题提出了一些看法 ,以期更多的设计者今后在做换热器振动分析时 。

关于GB/T 151和TEMA标准中流体诱发振动的分析

结合GB/T 151—2014《热交换器》和TEMA—2019《列管式换热器制造商协会》最新标准,对换热器流体诱发振动方面进行了系统的对比分析。结果发现,对于直管固有频率,GB/T 151比TEMA计算误差明显较小;对于临界流速,当流动角为30°和45°时,GB/T 151中K_(c)和b的取值比TEMA标准更为保守;对于卡门漩涡频率,TEMA标准选取的斯特罗哈数普遍比GB/T 151要大;对于卡门漩涡振幅,当介质为水时,两个标准对数衰减率计算值和测定值误差很大,当介质为空气时误差不大。最后提出了防振优化措施,以期为换热器振动分析提供有价值的参考。

水轮机卡门涡诱发振动分析研究

通过卡门涡频率预估模型对水轮机固定导叶、活动导叶、转轮叶片后产生的卡门涡频率进行分析计算,在水轮机设计阶段对叶片出水边进行卡门涡频率的预估和评定,确保水轮机投入商业运行时不会产生卡门涡诱发的机组振动问题。