流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化換熱
定 價(jià):89 元
- 作者:葛培琪
- 出版時(shí)間:2021/12/1
- ISBN:9787111691419
- 出 版 社:機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TB61
- 頁(yè)碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:32開
換熱器作為熱量交換的基本設(shè)備,被廣泛應(yīng)用于電力、交通、石油、冶金、核電、空調(diào)制冷等工程領(lǐng)域,提高換熱器的換熱效率對(duì)能源的有效利用和節(jié)能減排具有重要意義。本書針對(duì)彈性管束振動(dòng)強(qiáng)化換熱與疲勞壽命相矛盾的問(wèn)題,系統(tǒng)論述了彈性管束的固有特性、流體誘導(dǎo)振動(dòng)及強(qiáng)化換熱間的內(nèi)在聯(lián)系,介紹了分布式脈動(dòng)流發(fā)生裝置,該裝置主動(dòng)誘發(fā)和控制彈性管束均勻振動(dòng)并實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱。本書匯集了作者多年的研究成果,共分為6章。第1章介紹了彈性管束固有特性,第2章分析了換熱器內(nèi)的流場(chǎng)特性,第3章分析了彈性管束的流體誘導(dǎo)振動(dòng),第4章介紹了彈性管束流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化換熱,第5章介紹了分布式脈動(dòng)流誘導(dǎo)彈性管束振動(dòng)強(qiáng)化換熱,第6章介紹了彈性管束振動(dòng)的疲勞強(qiáng)度。
本書可供機(jī)械、能源、動(dòng)力、航空航天、化工、石油、冶金、電子等領(lǐng)域的科技人員參考,也可作為大專院校流體誘導(dǎo)振動(dòng)相關(guān)專業(yè)師生的參考書。
換熱器作為熱量交換的基本設(shè)備,被廣泛應(yīng)用于電力、交通、石油、冶金、核電、空調(diào)制冷等工程領(lǐng)域。換熱器的換熱效率對(duì)能源的有效利用有直接影響,為提高工業(yè)熱利用率,新型強(qiáng)化換熱技術(shù)不斷涌現(xiàn)。隨著無(wú)源強(qiáng)化換熱技術(shù)的不斷發(fā)展,各類新型高效換熱器的換熱效率顯著提高。然而,許多無(wú)源強(qiáng)化換熱技術(shù),其特殊的換熱管束表面處理工序復(fù)雜,導(dǎo)致流阻有所增大,限制了高效換熱器的推廣應(yīng)用。而且,各類新型高效換熱器延續(xù)了傳統(tǒng)的列管式換熱器的剛性直管固支結(jié)構(gòu),從而不可避免地存在振動(dòng)破壞。在換熱器的運(yùn)行中,橫向流在正常流速下就可能誘發(fā)固支管陣較大振幅的振動(dòng)而導(dǎo)致其破壞,對(duì)換熱器的危害極大。在列管式換熱器中,殼程管束排列復(fù)雜,縱向流、橫向流、旁路流、泄漏流等多支路流動(dòng)極為復(fù)雜,難以精確地計(jì)算預(yù)測(cè),導(dǎo)致?lián)Q熱器殼程流體誘導(dǎo)振動(dòng)破壞一直是影響換熱器使用壽命的難題。傳統(tǒng)的換熱器采用增大傳熱元件剛度的方法避免振動(dòng)破壞,然而效果并不明顯。目前的彈性管束換熱器克服了剛性固支管束的缺點(diǎn),允許管束在工作時(shí)通過(guò)振動(dòng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱,但各排管束振動(dòng)的均勻性難以保證?紤]到管束振動(dòng)在強(qiáng)化換熱方面的積極作用,本書著重介紹利用流體誘導(dǎo)和控制彈性管束振動(dòng),實(shí)現(xiàn)無(wú)源振動(dòng)強(qiáng)化換熱。本書所介紹的有關(guān)流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化換熱理論,是作者所在研究團(tuán)隊(duì)多年研究成果的總結(jié)。在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金的大力支持下,研究團(tuán)隊(duì)對(duì)流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化換熱技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)和深入的研究,并得到了國(guó)內(nèi)外同行的廣泛認(rèn)可。因此,作者對(duì)相關(guān)研究成果做了系統(tǒng)性總結(jié),以期對(duì)我國(guó)換熱器的研發(fā)以及節(jié)能減排工作盡綿薄之力。
本書的內(nèi)容與傳統(tǒng)的換熱器強(qiáng)化換熱書籍的主要區(qū)別表現(xiàn)在:
1)聚焦流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化換熱,系統(tǒng)闡述了流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化換熱機(jī)理,闡明了流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化換熱性能,發(fā)展了無(wú)源振動(dòng)強(qiáng)化換熱理論及技術(shù)。
2)利用流體誘導(dǎo)和控制彈性管束振動(dòng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱,系統(tǒng)并全面地介紹了彈性管束固有特性、振動(dòng)特性與強(qiáng)化換熱和疲勞強(qiáng)度間的內(nèi)在聯(lián)系,從而為研發(fā)高效換熱器提供理論指導(dǎo)。
3)引入了分布式脈動(dòng)流裝置,該裝置可以誘發(fā)并控制彈性管束實(shí)現(xiàn)預(yù)期振動(dòng),從而保證換熱器的高效換熱及使用壽命。
本書共分為6章。第1章介紹彈性管束的固有特性,第2章分析了換熱器內(nèi)的流場(chǎng)特性,第3章分析了彈性管束的流體誘導(dǎo)振動(dòng),第4章分析了彈性管束流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化換熱,第5章論述了分布式脈動(dòng)流誘導(dǎo)彈性管束振動(dòng)強(qiáng)化換熱,第6章論述了彈性管束振動(dòng)的疲勞強(qiáng)度。
本書在寫作過(guò)程中,參考了閆柯(2007級(jí)博士)、宿艷彩(2008級(jí)博士)、郭曉婷(2008級(jí)碩士)、胡瑞榮(2008級(jí)碩士)、孟海濤(2009級(jí)碩士)、季家東(2012級(jí)博士)、段德榮(2013級(jí)博士)、蔡莉莉(2012級(jí)碩士)、董蓬萊(2013級(jí)碩士)、王安民(2014級(jí)碩士)、董延穎(2015級(jí)碩士)和王德京(2016級(jí)碩士)的博士、碩士學(xué)位論文。他們?yōu)榱黧w誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化換熱技術(shù)的研究做出了重要貢獻(xiàn),沒有他們的努力工作,本書是不可能完成的,作者在此對(duì)他們的辛勤勞動(dòng)和創(chuàng)造性貢獻(xiàn)表示誠(chéng)摯的謝意。
本書的研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)“換熱器內(nèi)流體誘導(dǎo)振動(dòng)(2007CB206903)”和國(guó)家自然科學(xué)基金“換熱器殼程分布式脈動(dòng)流誘導(dǎo)多排彈性管束振動(dòng)研究(51475268)”的資助,作者在此深表感謝!
流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化換熱是一門新興學(xué)科,許多理論并不成熟,加之作者水平所限,書中錯(cuò)誤與不妥之處在所難免,懇請(qǐng)讀者指正。
前言
第1章彈性管束固有特性1
11流體誘導(dǎo)振動(dòng)機(jī)理1
111漩渦脫落1
112湍流抖振2
113流體彈性激振3
12彈性管束傳熱元件3
121平面彈性管束3
122錐螺旋彈性管束4
13平面彈性管束固有特性數(shù)值計(jì)算6
131幾何模型及參數(shù)6
132管束固有振動(dòng)頻率7
133管束振型7
134結(jié)構(gòu)參數(shù)影響11
14平面彈性管束固有特性試驗(yàn)12
141試驗(yàn)?zāi)B(tài)辨識(shí)原理12
142錘擊法試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)12
143激勵(lì)點(diǎn)與響應(yīng)點(diǎn)布置14
144參數(shù)設(shè)置與數(shù)據(jù)處理14
145試驗(yàn)結(jié)果校驗(yàn)15
146試驗(yàn)結(jié)果分析16
15錐螺旋彈性管束固有特性理論分析17
151模態(tài)綜合法求解管束固有頻率17
152計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證19
153結(jié)構(gòu)參數(shù)影響20
154多排錐螺旋管束固有特性分析22
16錐螺旋彈性管束固有特性試驗(yàn)25
161錘擊法試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)25
162激勵(lì)點(diǎn)與響應(yīng)點(diǎn)布置25
163參數(shù)設(shè)置及數(shù)據(jù)處理27
164試驗(yàn)結(jié)果校驗(yàn)27
165試驗(yàn)結(jié)果分析29
166兩種彈性管束固有特性對(duì)比34
17小結(jié)36
參考文獻(xiàn)36
第2章?lián)Q熱器內(nèi)流場(chǎng)分析37
21數(shù)值計(jì)算方法37
211基本控制方程37
212流體誘導(dǎo)振動(dòng)的計(jì)算流程及驗(yàn)證39
22網(wǎng)格劃分及處理42
221彈性管束結(jié)構(gòu)域網(wǎng)格劃分42
222管程流體域網(wǎng)格劃分42
223平面彈性管束殼程流體域網(wǎng)格劃分43
224錐螺旋彈性管束殼程流體域網(wǎng)格劃分47
225分布式脈動(dòng)流換熱器殼程網(wǎng)格域網(wǎng)格劃分47
23邊界條件設(shè)置51
231管程流體誘導(dǎo)振動(dòng)51
232殼程流體誘導(dǎo)振動(dòng)51
233時(shí)間及參數(shù)設(shè)置52
24振動(dòng)強(qiáng)化換熱數(shù)據(jù)處理53
241強(qiáng)化換熱評(píng)價(jià)準(zhǔn)則53
242場(chǎng)協(xié)同理論55
25平面彈性管束管程流場(chǎng)分析56
251管程內(nèi)流體流動(dòng)56
252管程內(nèi)二次流分布56
26平面彈性管束殼程流場(chǎng)分析60
261單排剛性管束殼程流場(chǎng)速度云圖60
262多排剛性管束殼程流場(chǎng)溫度場(chǎng)分布61
263彈性管束殼程溫度場(chǎng)及速度矢量分布62
264彈性管束殼程流場(chǎng)的場(chǎng)協(xié)同定性分析63
27錐螺旋管束管內(nèi)流動(dòng)分析64
271管截面主流分析64
272管截面二次流動(dòng)分析65
273管截面流體溫度分布66
28小結(jié)69
參考文獻(xiàn)69
第3章彈性管束流體誘導(dǎo)振動(dòng)71
31平面彈性管束流體誘導(dǎo)振動(dòng)數(shù)值計(jì)算71
311流速對(duì)振動(dòng)響應(yīng)的影響71
312管排間距對(duì)振動(dòng)響應(yīng)的影響73
313管排數(shù)對(duì)振動(dòng)響應(yīng)的影響74
32平面彈性管束流體誘導(dǎo)振動(dòng)試驗(yàn)76
321試驗(yàn)裝置及系統(tǒng)76
322換熱器殼體振動(dòng)測(cè)試77
323彈性管束流體誘導(dǎo)振動(dòng)響應(yīng)78
33錐螺旋管束流體誘導(dǎo)振動(dòng)理論分析80
331計(jì)算模型80
332計(jì)算過(guò)程81
333計(jì)算結(jié)果分析83
34錐螺旋管束流體誘導(dǎo)振動(dòng)試驗(yàn)83
341固有模態(tài)測(cè)試與分析84
342管束流體誘導(dǎo)振動(dòng)測(cè)試86
35錐螺旋管束管程流體誘導(dǎo)振動(dòng)理論分析92
351管束有限單元?jiǎng)澐峙c坐標(biāo)變換92
352管束單元矩陣與總體矩陣95
353管束固有頻率的計(jì)算驗(yàn)證98
354管程靜止時(shí)的固有頻率驗(yàn)證99
355管程流動(dòng)對(duì)固有頻率的影響100
36兩種彈性管束管程流體誘導(dǎo)振動(dòng)特性對(duì)比102
361平面彈性管束管程流固耦合理論計(jì)算102
362兩種彈性管束管程耦合特性比較104
37小結(jié)105
參考文獻(xiàn)106
第4章彈性管束流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化換熱107
41流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化換熱場(chǎng)協(xié)同分析107
411彈性管束的振動(dòng)軌跡107
412場(chǎng)協(xié)同的定量分析108
413努塞爾數(shù)及場(chǎng)協(xié)同分析110
42流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化換熱性能分析112
421彈性管束管外圓周振動(dòng)強(qiáng)化換熱分析113
422彈性管束管外局部振動(dòng)強(qiáng)化換熱分析114
423單根彈性管束振動(dòng)強(qiáng)化換熱分析115
424流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化換熱的綜合換熱性能116
43結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化換熱的影響118
431管壁厚度對(duì)振動(dòng)強(qiáng)化換熱的影響118
432管間距對(duì)振動(dòng)強(qiáng)化換熱的影響119
433管排距對(duì)振動(dòng)強(qiáng)化換熱的影響121
434流體誘導(dǎo)彈性管束振動(dòng)強(qiáng)化換熱關(guān)系式122
44錐螺旋彈性管束傳熱特性分析125
441數(shù)值分析模型及參數(shù)修正125
442數(shù)值分析結(jié)果的驗(yàn)證126
443管束截面形狀對(duì)其傳熱性能的影響127
444管束螺距對(duì)其傳熱性能的影響129
445管束錐度對(duì)其傳熱性能的影響130
446管束傳熱關(guān)聯(lián)式的擬合131
45錐螺旋彈性管束傳熱特性場(chǎng)協(xié)同分析132
451計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證133
452計(jì)算結(jié)果分析133
46兩種彈性管束的傳熱與阻力性能對(duì)比136
47小結(jié)138
參考文獻(xiàn)139
第5章分布式脈動(dòng)流誘導(dǎo)彈性管束振動(dòng)強(qiáng)化換熱141
51脈動(dòng)流及其發(fā)生裝置141
511脈動(dòng)流的形成141
512脈動(dòng)流在彈性管束換熱器中的應(yīng)用142
52脈動(dòng)流的形成分析144
521擾流體的選取144
522分支管流道結(jié)構(gòu)分析148
53分布式脈動(dòng)流發(fā)生裝置155
531分布式脈動(dòng)流發(fā)生裝置設(shè)計(jì)155
532各分支管脈動(dòng)流分析157
533分布式脈動(dòng)流發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)原則163
54分布式脈動(dòng)流對(duì)彈性管束振動(dòng)響應(yīng)的影響164
541流體誘導(dǎo)振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)搭建164
542換熱器殼體振動(dòng)測(cè)試165
543殼程流場(chǎng)誘導(dǎo)彈性管束振動(dòng)測(cè)試165
544分布式脈動(dòng)流誘導(dǎo)彈性管束振動(dòng)測(cè)試168
55分布式脈動(dòng)流對(duì)錐螺旋彈性管束振動(dòng)響應(yīng)的影響172
551振動(dòng)測(cè)試的基本參數(shù)172
552換熱器殼體及支架的振動(dòng)測(cè)試173
553耦合流場(chǎng)誘導(dǎo)錐螺旋彈性管束振動(dòng)測(cè)試174
56分布式脈動(dòng)流對(duì)彈性管束振動(dòng)強(qiáng)化換熱的影響175
561彈性管束振動(dòng)強(qiáng)化換熱分析175
562彈性管束換熱系數(shù)及綜合換熱性能178
57小結(jié)181
參考文獻(xiàn)181第6章彈性管束振動(dòng)疲勞強(qiáng)度183
61彈性管束的受力分析183
62多軸疲勞強(qiáng)度分析185
63彈性管束疲勞強(qiáng)度分析188
631管壁厚度對(duì)彈性管束疲勞強(qiáng)度的影響188
632管間距對(duì)彈性管束疲勞強(qiáng)度的影響190
633彈性管束振動(dòng)強(qiáng)化換熱與疲勞強(qiáng)度綜合分析191
64分布式脈動(dòng)流誘導(dǎo)彈性管束振動(dòng)疲勞強(qiáng)度195
65錐螺旋管束應(yīng)力分布196
651錐螺旋管束應(yīng)力分析196
652兩種彈性管束的應(yīng)力強(qiáng)度對(duì)比198
66小結(jié)198
參考文獻(xiàn)199