双金属换热管固有振动模态的研究
太原理工大学硕士研究生学位论文
目录
摘要................................................................... I ABSTRACT .............................................................. III 第一章文献综述与选题 (1)
1.1双金属复合翅片管换热器的发展 (1)
1.2双金属翅片管换热器的应用 (2)
1.3双金属翅片管的优点 (3)
1.4换热器振动的特性与破坏 (3)
1.5双金属翅片管的振动特性的研究现状 (6)
1.6换热管防振的研究现状 (9)
1.7本课题的研究内容与研究意义 (10)
第二章双金属复合光滑管固有频率分析与实验测试 (13)
2.1 双金属复合管的等效刚度 (13)
2.1.1 双层复合管的等效弯曲刚度 (14)
2.1.2 双层复合管的等效拉压刚度 (14)
2.1.3 双层复合管的等效扭转刚度 (15)
2.2 双金属双层复合管固有频率的理论计算与有限元分析 (15)
2.2.1 弯曲振动固有频率计算模型 (15)
2.2.2 弯曲振动固有频率有限元分析 (16)
2.2.3双层管轴向振动和扭转振动固有频率的计算模型 (17)
2.3 双金属三层复合管固有频率的理论计算与实验测试 (19)
2.3.1双金属三层复合管 (19)
2.3.2 固有频率的实验测试装置 (20)
2.3.3 铜-钢-铜三层管弯曲振动频率的理论解与实测值 (24)
2.4 结论 (27)
第三章双金属翅片换热管的振动特性的理论分析和实验测试 (28)
3.1 双金属复合翅片管振动模态理论解析 (29)
3.1.1 双金属复合翅片管几何结构 (29)
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3.1.2 双金属复合翅片管振动模态解析 (29)
3.2 双金属翅片管的各等效截面刚度、等效质量与等效转动惯量 (32)
3.3 双金属复合翅片管振动模态实验测试与有限元模拟 (38)
3.3.1 实验测试 (39)
3.3.2 有限元模拟 (42)
3.3.3 解析计算 (42)
3.4 结果与讨论 (43)
3.4.1 翅片对双金属复合翅片管固有频率的影响 (45)
3.4.2 结论 (47)
第四章 U型双金属管的振动特性的数值模拟和实验测试 (49)
4.1 实验测试 (49)
4.2 有限元分析 (53)
4.2.1 自由边界条件 (53)
4.2.2 固支-简支边界条件 (54)
4.3 圆弧弯管半径R的影响 (57)
4.4 结论 (59)
第五章结论和建议 (61)
5.1 结论 (61)
5.2 论文的不足与工作展望 (62)
参考文献 (63)
致谢 (69)
攻读学位期间发表的学术论文 (71)
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第一章文献综述与选题
1.1双金属复合翅片管换热器的发展
换热器是工业生产活动中应用很广泛的设备。换热设备在现代工业领域中约占设备总量的30%左右，其中约60%—70%为管壳式换热器。管壳式换热器的结构见图1-1。随着产业的规模的扩大和技术的革新，管壳式换热器的发展趋势是进一步提高导热效率和设备结构大型化。
图1-1管壳式换热器
Fig.1-1 The shell and tube heat exchanger
为了提高设备传热效率，制作的换热管结构越来越复杂。翅片管由于传热面积与总传热系数都比同规格的光滑管高，换热效果明显，可以降低动力消耗并节约燃料，成为应用最广泛的强化换热元件。图1-2所示为各种翅片换热管的截面。翅片管的制造方法分为缠绕式和整体轧片式。缠绕式是将钢带缠绕或焊接在基管外侧制成，整体轧片式翅片管则是由厚壁管径向滚压而成。目前，整体轧片式翅片管由于传热性能高，流动阻力低，工艺结构简单，使用寿命长，将逐步取代各种缠绕式翅片管[1]。双金属整体轧片复合翅片管由基管和包裹在外的翅片组成，基管的材质可根据热流体腐蚀情况和工作压力选定，通常为碳钢、不锈钢或铜；外管可选用延展性好，抗大气腐蚀能力强，传热性能优良的金属，如铝或铜。刘伟军等[2]人内管为铜，外管为铝的双金属翅片管的热阻做了实验分析，发现了当前国内的双金属翅片管的传热水平已经达到或者接近国际水准。
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