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1、Classified Index： UDC：A Dissertation forthe Degreeof MEngStudy on Flow-induced Vibration and Noise Character of Tube BundlesCandidate：Zhou GuochgSupervisorLiu GongminAcademic Degree Applied for：Master of Engineering ScienceSpeciality：Marine Engineering Date of Submission：January，Date ofOral Examinat
2、ion：March，20lOUniversity：Harbin Engineering University、哈尔滨工程大学1I学位论文原创性声明J本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指引下，由 作者本人独立完毕的。有关观点、措施、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参照文献相相应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不涉及任何其她个人或集体已经公开刊登的作品成果。对 本文的研究做出重要奉献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律成果由本人承当。作者(签字)：台圉礴日期：土Q旧年弓月2t日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全理解学校保护知识产权的有关规定，
3、即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人容许哈尔滨工程大学将论文的部分或所有内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以发布论文的所有内容。同步本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一签名单位为哈 尔滨工程大学，涉密学位论文待解密后合用本声明。本论文(曲在授予学位后即可口在授予学位12个月后口作者(签字)：l虱闼吣导师(签字)：徽毋解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。年弓月2中日沁fQ年弓。月2斗日日期：z口【D哈
4、尔滨T程大学硕十学位论文7摘要I管束是冷凝器、蒸汽发生器等换热设备的重要组件。管内外流动引起的脉动力将导致管束振动，并也许是管束因过度振动和疲劳发生破坏失效。因 此研究管束的流致振动对提高冷凝器的可靠性有着重要意义。管束绕流所产 生的噪声是冷凝器噪声的重要构成部分，精确预测管束绕流噪声也是减少冷 凝器噪声的必要环节。论文采用了CFD及动网格技术，运用数值措施研究了圆管的流致振动现 象，分析了圆管的响应特性以及振动圆管与流场之间的耦合伙用，阐明了新 的涡激振动“自限定现象发生机理，并观测到涡激振动旋涡脱落模态的转 变。为了研究管束绕流气动噪声特性，本文运用FW-H声学类比模型，采用 FLUENT
5、软件对单管以及管束的绕流气动噪声进行计算。计算成果表白圆管 及管束绕流噪声重要来源于其所受的绕流升力，绕流的力学特性直接影响到 绕流噪声的大小、频率以及指向性。最后，本文对单管及管束在管内外流体共同作用下的振动进行了实验研 究，着重考虑了管内流动对圆管固有频率的影响、圆管的响应特性以及振动 对管内流体压力脉动的影响。实验研究表白，管内流体的质量以及其流动都 将变化管的固有频率；管束的排列将变化圆管涡激振动的特性，而管外风速 将使得管内流体压力脉动的特性频率发生变化。 核心词：管束；流致振动；绕流噪声；实验研究哈尔滨T稗大学硕十学何论文-7AB STRACT_jTube bundles are
6、the important components of heat exchange equipment,such as condenser and steam generator,etcThe oscillating fluid forces caused by internal and cross flow would result in tube vibration,namely Fluid-Induced Vibration,and excessive vibrations and fatigue may lead to destruction of tubebundlesSo it i
7、s greatly meaningful to improve the performance and reliability of condenser by studying the Flow-Induced Vibration of tube bundlesThe sound generated by flow across tubes is the most important part of noise of condenser,SO predicting the sound accurately and reliably is a necessary step in reducing
8、 thenoiseThe FW-H acoustic analogy model combined with SST turbulence models are used to investigate the acoustic characteristic of sound generated by flow across single tube and tube bundles with FLUENT codeHere，the acoustic characteristic of crOSSflow noise and the relation between the noise and t
9、he fluidforce are alS0 discussedIn the end，experiment is carried out,、itll regard to the vibration of single tube and tube bundles under the action of internal and cross flowThe effect ofinternal flow on the natural frequency,the response characteristic of the tubes and the effect of tube vibration
10、on the internal flow pulsation pressure are taken into account especiallyKey words：tube bundles；FlowInduced Vibration；CROSS-flow noise；experimental investigation哈尔滨T稗大学硕十学位论文目录第1章绪论111概述112管束流致振动研究进展2121流体弹性不稳定2122涡激振动4123紊流激振7124声共鸣813管束绕流气动声学研究进展9131气动声学类比理论9132计算气动声学1014论文的重要工作11第2章圆管绕流数值模拟1221引言
11、1222 I洲S方程1223 k一彩SST方程1324圆管绕流1425单管绕流的数值模拟15251计算域及设定16252计算成果分析1726本章小结18第3章圆管涡激振动数值模拟20 31引言2032控制方程及耦合算法20321流体控制方程20322圆管运动控制方程20323二阶龙格一库塔(RungeKutta)法2l324耦合措施2233水作用下小质量比圆管的涡激振动研究22432 Smgagorinsky亚格子模型4244声类比模型在FLUENT中的实现4345单管绕流气动噪声计算43451单管绕流气动噪声计算域模型44452 Ma=O2时k一彩SST模型计算成果分析44453大涡模拟LE
12、S与k一力SST模型计算成果对比50454与她人研究成果的对比5446管束绕流气动噪声计算55461节径比3X 3管束绕流气动噪声计算成果分析56462节径比22管束绕流气动噪声计算成果分析6047本章小结64第5章管束流致振动实验研究6651引言6652实验台架简介66521实验台整体布局66522测量仪器的布置6853实验成果分析70531实验管固有频率测量70哈尔滨T稃大学硕+学位论文532无内流单管涡激振动实验研究72533有内流单管涡激振动实验研究75534单管涡激振动对实验管内流动的影响76535节径比33有内流管束涡激振动实验研究82536节径比33有流管束涡激振动对实验管内流动
13、的影响8454本章小结90结论92参照文献95攻读研究生学位期间刊登的论文和获得的科研成果102道谢103附录A104哈尔滨T程大学硕十学何论文第1章绪论11概述对舰船而言，可靠性与隐蔽性是舰船整体性能的两个重要指标。舰船的 可靠性体目前两个方面：一是设备的正常工作的能力以及故障发生的机率； 二是设备的使用寿命。舰船的振动与噪声特性则是其隐蔽性的一种重要方面， 振动与噪声的强弱还将影响到舰船上的工作、生活环境。冷凝器作为一种通用换热设备，在工业部门以及舰艇上有着广泛的应用。 对于蒸汽动力装置而言，冷凝器可以建立并保持真空度，提高循环的效率， 并减少冷凝水中的含氧量，减少对设备的腐蚀。因此冷凝器
14、对蒸汽动力装置 的整体性能有着重要的影响l-1。研究冷凝器的强度以及噪声特性，对提高蒸 汽动力装置的可靠性以及隐蔽性有着重要的实际意义。随着舰船动力装置功率的增大，冷凝器越来越大型化，构造也日益复杂。 为了提高冷凝效率，冷凝器换热管越来越薄，管内外流体的流速也越来越高， 使得冷凝器管束因振动而发生破损的也许性增大。导致冷凝器管束振动的重要因素是管内外流体的压力脉动。管束在管内 外流体压力脉动的作用下而发生的振动，被称为管束的流致振动。管束的流 致振动对冷凝器的可靠性有着重要的影响。一方面，管束的流致振动将使得换 热管长期处在振动的状态，易于发生疲劳破坏，缩短使用寿命；另一方面，如果 鼓励的频率与管束的某阶固有频率接近，则将引起管束的共振，也许导致管 束的直接破坏。随着舰船降噪技术的进步，舰船管道噪声的重要性徐徐凸现了出来。冷 凝器连接着蒸汽管道与海水管道这两大重要管道，是舰船管道系统的一种
