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折流板对传热管流致振动响应影响分析

王帅权 张锴 熊珍琴 施林鹏

王帅权, 张锴, 熊珍琴, 施林鹏. 折流板对传热管流致振动响应影响分析[J]. 核动力工程, 2024, 45(2): 123-129. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0123
引用本文: 王帅权, 张锴, 熊珍琴, 施林鹏. 折流板对传热管流致振动响应影响分析[J]. 核动力工程, 2024, 45(2): 123-129. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0123
Wang Shuaiquan, Zhang Kai, Xiong Zhenqin, Shi Linpeng. Effect of Baffle on Flow Induced Vibration of Heat Exchange Tubes[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(2): 123-129. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0123
Citation: Wang Shuaiquan, Zhang Kai, Xiong Zhenqin, Shi Linpeng. Effect of Baffle on Flow Induced Vibration of Heat Exchange Tubes[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(2): 123-129. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0123

折流板对传热管流致振动响应影响分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0123
详细信息
    作者简介:

    王帅权(1996—),男,硕士研究生,现从事反应堆热工水力方面研究工作,E-mail: wangshuaiquan1996@163.com

    通讯作者:

    熊珍琴,E-mail: zqxiong@sjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL339

Effect of Baffle on Flow Induced Vibration of Heat Exchange Tubes

  • 摘要: 传热管流致振动磨损是引起换热器性能衰退和运行故障的重要因素之一。本文针对换热器折流板形成的非均匀横流引起的振动,建立可视化三跨7×12传热管束流致振动试验装置,通过管内加速度传感器和高速相机视觉测振分别获得迎流首排中间跨管内振动加速度数据和管与支承板间隙变化数据,并开展数值模拟计算获得管间流场。对比横向全开口无折流板和2/3开口折流板形成横流引起的管振动试验和模拟结果,表明2种结构第三排后管间流速差异较小,发生流弹失稳临界速度较为相近,2/3开口折流板发生失稳临界速度略高于全开口无折流板结构。对比5种经典临界速度关系式,Chen公式能够较好地保守预测失稳发生。管与支承板的间隙可视化试验表明,极低流速时2种来流结构管均较稳定地依靠在支承板一侧孔上。在中等流速下,全开口来流作用下管在支承板孔中较大幅度往复运动而轻微敲击,而非均匀来流结构中管仍依靠在支承板上的梅花孔内缘上发生小幅度滑动。发生流弹失稳时,全开口结构以敲击为主,而2/3开口结构会发生显著滑动和敲击。2/3开口结构更易发生传热管-支承板的滑动磨损,将威胁传热管的完整性。

     

  • 图  1  试验装置示意图

    1、2—传热管1、传热管2

    Figure  1.  Schematic Diagram of Test Facility

    图  2  可视化测试示意图

    Figure  2.  Schematic Diagram of Visual Measurement

    图  3  传热管2的振动位移对比

    振动位移——管平均振动位移L与传热管外径D的比值

    Figure  3.  Comparison of Vibration Displacement of No.2 Tube

    图  4  传热管2峰值频率变化图

    Figure  4.  Peak Frequency Variation of No.2 Tube

    图  5  传热管束数值模拟速度

    Up=0.68 m/s;U—各处速度计算值

    Figure  5.  Numerical Simulation Velocity of Heat Transfer Tube Bundle

    图  6  2种来流结构下传热管2与支承板凸台间隙变化

    Figure  6.  Variation of Gap between No.2 Tube and Supporting Plate under Two Inflow Modes

    表  1  4种简化结构的固有频率 Hz

    Table  1.   Natural Frequency of Four Simplified Structures

    模态 简化结构1 简化结构2 简化结构3 简化结构4
    湿模态1阶 49.8 3.3 8.4 60.8
    湿模态2阶 86.2 21.1 55.2 194
    湿模态3阶 58.0 83.5
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    表  2  经验式预测值和试验值对比表

    Table  2.   Comparison of Empirical Correlation and Experimental Results

    关系式或试验 K b $ {v}_{\mathrm{c}} $/(m·s−1)
    Connors(1978) 2.90 0.50 1.45
    Gorman(1976) 6.60 0.50 3.32
    ASME 2.40 0.50 1.21
    Chen(1981) 4.51 0.52 2.20
    Weaver(1981) 6.20 0.29 4.24
    横向全开口来流试验 2.27
    横向2/3开口来流试验 2.43
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-04-27
  • 修回日期:  2023-08-03
  • 刊出日期:  2024-04-12

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