Диссертация (Повышение вибропрочности трубных пучков теплообменных аппаратов при гидроупругом возбуждении колебаний), страница 12

Разработанные программыпредставляют результаты расчетов срывного обтекания многокомпонентныхтрубных систем в наглядной форме с привлечением анимации.Полученныедиссертационномрезультатыисследованииприиспользованииметодикианализаразработаннойвгидродинамическихнагрузок, воздействующих на трубный пучок, могут быть использованы наэтапе проектирования теплообменного аппарата для оценки напряженногосостояния труб при заданных конструктивных параметрах и параметрахрежима работы теплообменного аппарата.Предложенные автором на основании использования полученной в главе3 математической модели диаграммы устойчивости позволяют достаточнокорректно определять критические скорости обтекания трубного пучка длязаданныхприегопроектированииконструктивныхпараметров,чтонеобходимо ведущим разработчикам теплообменных аппаратов, особенно припроведении мероприятий по обеспечению требуемого уровня вибропрочностиданного класса конструкций и систем.85Основные результаты и выводы диссертационной работыНа основании проведенного в работе анализа результатовэкспериментальных исследований поведения пучков труб при срывномобтекании с учетом линейности гидродинамического взаимодействия междуколеблющимися трубами получена математическая модель гидроупругогомеханизма возбуждения колебаний трубного пучка.Проведенныйтеоретическийанализпредставленноймоделигидроупругого механизма возбуждения большого трубного пучка позволилвыделить специфический критерий подобия для определения наличия в системе«поток-конструкция» гидроупругого механизма возбуждения колебаний.На основании разработанной математической модели стало возможнымоценить устойчивость состояния большого трубного пучка рассматриваемойконфигурации при его обтекании в поперечном потоке, основываясь накритерии устойчивости А.

М. Ляпунова.Для решения задачи устойчивости трубного пучка было введено понятиематрицыгидродинамическоговзаимодействия,элементыкоторойпредставляют собой зависимости гидродинамических сил, воздействующих натрубы пучка, от времени.Был создан алгоритм построения матриц влияния конкретных пучковтруб благодаря использованию только лишь численных методов, что позволяетоптимизировать общее время проведения расчета.

Относительная погрешностьполученных результатов для ряда труб составляет не более 5 %, для пучка труб– около 20 %.Вработепредложенспособопределениянестационарныхгидродинамических сил на трубках в пучках с регулярной компоновкойпоперечного сечения, состоящих из большого числа трубок путем расчета силдля небольшого фрагмента пучка, что позволило уменьшить трудоемкость исократить время проведения расчета.Определены значения критической скорости потока теплоносителя,зависящиеотбезразмерныхпараметров(логарифмическийдекремент86колебаний, безразмерный массовый параметр трубного пучка, характеристикагидродинамических сил), что позволяет оперативно диагностировать какпроектируемый, так и уже введенный в эксплуатацию теплообменный аппаратна наличие в нем недопустимого гидроупругого возбуждения при поперечномобтекании конструкции потоком.Практическаяценностьсостоитввозможностиматематическогомоделирования гидроупругой неустойчивости пучка труб путем моделированиянеустойчивости фрагмента рассматриваемого пучка.Предлагаемый подход с применением численных вихревых методовпозволяет получать необходимые результаты без проведения натурногофизического эксперимента, который является дорогостоящим и крайнетрудоемким.

Подход позволяет производить анализ коэффициентов силовоговзаимодействия в системе «жидкость-трубы», а также нестационарныхгидродинамических нагрузок при решении связанной задачи динамикигидроупругой системы с помощью метода численного эксперимента дляширокогодиапазонаиспользуемыхнаскоростейрабочихпоперечногорежимахпотокатеплоносителя,соответствующихэлементовэнергетического оборудования.Использованиерезультатовподтверждено актами внедрения.диссертационногоисследования87Список литературы1 Алямовский М. И. Расчет автоколебаний труб теплообменныхаппаратов // Энергомашиностроение. 1975.

№3. С. 33-35.2АлямовскийдействующихприМ.И.Характеристикиавтоколебанияхтрубгидродинамическихтеплообменныхсил,аппаратов//Энергомашиностроение. 1974. №7. С. 33-36.3 Андронов П.Р., Гувернюк С.В., Дынникова Г.Я. Вихревые методырасчета нестационарных гидродинамических нагрузок. М.: Изд-во МГУ, 2006.184 с.4 Пульсации давления на поверхности двух круглых цилиндров втандемном расположении / Ариэ [и др.] // Теоретические основы инженерныхрасчетов.

1983. №2. С. 114-122.5 Белоцерковский С. М., Гиневский А. С. Моделирование турбулентныхструй и следов на основе метода дискретных вихрей. М.: Физикоматематическая литература, 1995. 367 с.6 Математическое моделирование нестационарного отрывного обтеканиякругового цилиндра / С. М. Белоцерковский [и др.] // Известия АН СССР.Механика жидкости и газов. 1983.

№4. С. 138-148.7Математическое моделирование плоскопараллельного отрывногообтекания тел / С. М. Белоцерковский [и др.]. М.: Наука, 1988. 231 c.8 Белоцерковский С. М., Ништ М. И. Отрывное и безотрывное обтеканиетонких крыльев идеальной жидкостью. М.: Наука, 1978. 352 с.9 Биверс, Планкет. Моделирование вибраций в теплообменниках иядерных реакторов, возбуждаемых потоком жидкости // Труды Американскогообщества инженеров - механиков.

Теоретические основы инженерных расчетов.1974. №4. С. 149-157.10 Блевинс Р. Гидроупругие вихревые колебания одиночных рядов ипучков труб // Труды Американского общества инженеров - механиков.Теоретические основы инженерных расчетов. 1977. №3. С. 109-115.8811 Блевинс, Бертон. Гидродинамические силы, обусловленные срывомвихрей//ТрудыАмериканскогообществаинженеров-механиков.Теоретические основы инженерных расчетов. 1976.

№1. С.125-134.12 Бэтчелор Дж. К. Введение в динамику. Москва – Ижевск: РХД, 2004.525 с.13 Вальес Н.Г. Колебания системы стержней в жидкости // Проблемыпрочности. 1978. №11. C.62-68.14 Вальес Н. Г., Каплунов С. М. Математическое моделированиенестационарного отрывного обтекания решетки труб теплообменников //Всесоюзный ежемесячный научно – технический инженерно – физическийжурнал. 1987. Т.

53, июль, №1. С. 57 - 64.15 Григолюк Э. И., Горшков А. Г. Взаимодействие упругих конструкцийс жидкостью. Л.: Судостроение, 1976. 200 с.16 Гувернюк С. В., Дынникова Г. Я. Моделирование обтеканияколеблющегося профиля методом вязких вихревых доменов // Известия РАН.Механика жидкости и газа. 2007.

№1. С. 3-14.17 Девнин С. И. Аэрогидромеханика плохообтекаемых конструкций.Справочник. Л.: Судостроение, 1983. 320 с.18 Девнин С. И. Гидроупругость конструкций при отрывном обтекании.Л.: Судостроение, 1975. 192 c.19 Динамика конструкций гидроаэроупругих систем / К.

В. Фролов [и др.]М.: Наука. 2002. 397 с.20 Вибрации пучков твэлов в ТВС ВВЭР, возбуждаемые турбулентнымпотоком теплоносителя / Ю. Г. Драгунов [и др.] // Атомная энергия. 2012. Вып.3. Т. 113. С. 127-134.21 Дынникова Г. Я. Вихревые методы исследования нестационарныхтечений вязкой несжимаемой жидкости: дис. … д-ра. физ. – мат. наук. М., 2011.269 с.22 Жукаускас А., Улинскас Р., Катинас В. Гидродинамика и вибрацииобтекаемых пучков труб. Вильнюс: Мокслас, 1984. 312 с.8923 Здравкович. Обзор исследований интерференции между двумякруглыми цилиндрами при различном их взаимном расположении // ТрудыАмериканского общества инженеров - механиков.

Теоретические основыинженерных расчетов. 1977. №4. C. 119.24 Иванова О.А. Исследование колебаний эллиптического профиля вжидкости методом вихревых элементов // Методы дискретных особенностей взадачах математической физики: труды XIV Международного симпозиума.Харьков – Херсон, 2009. С. 306–309.25 Иванова О. А. Математическое моделирование аэроупругих колебанийпровода линии электропередачи: дис. … канд. физ. – мат. наук.

М., 2013. 142 с.26 Иванова О.А. Численное моделирование захвата частоты схода вихрейс вибрирующего профиля // Методы дискретных особенностей в задачахматематической физики: труды XV Международного симпозиума. Харьков –Херсон, 2011. C. 193–196.27 Ивен В.Д. Колебания элементов конструкций при вихревомвозбуждении // Труды Американского общества инженеров - механиков.Конструирование и технология машиностроения. 1975.

Т. 97, № 4. С. 240-245.28 Каплунов С. М. Частотная отстройка конструктивных элементовтеплообменных аппаратов // Теплоэнергетика. 1986. №1. С. 46-50.29 Каплунов С.М., Вальес Н.Г., Горелов Е.В. Определение собственныхчастот для произвольных многокомпонентных трубных систем в жидкости //Проблемы машиностроения и надежности машин. 2007.

№ 5. C. 22-27.30Методмеханизмовматематическоговозбуждениявибрациймоделированиятеплообменныхгидродинамическихпучковтруб/С.М. Каплунов [и др.] // Проблемы машиностроения и надежности машин.2008. № 3. C.107-112.31 Конструкции инфраструктуры РЖД в потоках при прохождениискоростных составов / С.М. Каплунов [и др.] // Труды «Проблемы иперспективы развития транспорта». МИИТ, 7-ая Международная Научнопрактическая Конференция «Проблемы и перспективы развития транспорта».М., 2013. C.116-123.9032 Интеллектуальный мониторинг состояния инфраструктуры РЖД прииспользовании скоростных составов / С.М. Каплунов [и др.] // Трудымеждународнойнаучно-практическойконференции«Интеллектуальныймониторинг состояния инфраструктуры РЖД при использовании скоростныхсоставов«БАМ - ИСТОРИЯ И РАЗВИТИЕ БАЙКАЛО - АМУРСКОЙМАГИСТРАЛИ». М., 2014.

C.58-67.33 Анализ гидроупругого механизма возбуждения пучка труб /С.М. Каплунов [и др.] // Машиностроение и инженерное образование. 2015.Вып. 2. С. 41-49.34 Расчет плохообтекаемых конструкций при их срывном обтеканиипотоком / С.М. Каплунов [и др.] //Труды конференции по строительноймеханики корабля, посвященной памяти профессора И. Г. Бубнова. ФГУП«КГНЦ». С – Пб., 2014. С.110-111.35 Численный эксперимент и моделирование возбуждения вибрациймногокомпонентных систем в поперечном потоке однофазной среды /С.М. Каплунов [и др.] // Труды центрального научно-исследовательскогоинститута имени академика А.Н.

Крылова. С – Пб., 2012. Вып. 67(351).С. 71-80.36 Каплунов С. М., Вальес Н. Г., Самолысов А. В. Расчет срывногообтекания неподвижных и колеблющихся тел в 2D и 3D – постановке //International Conference Parallel and Distributed Computing Systems (PDCS 2013).Collection of scientific papers. Ukraine, Kharkiv, 2013. С.

146-151.37Моделированиеаэродинамическихнагрузокнаэлементыинфраструктуры РЖД / С.М. Каплунов [и др.] // III Международная научно –практическая конференция «Интеллектуальные системы на транспорте».Сборник материалов. С – Пб., 2013. С. 232-238.38Комбинационныйподходпримоделированииаэродинамикискоростных железнодорожных составов / С.М. Каплунов [и др.] // Вестникинститута проблем естественных монополий: Техника железных дорог.

2015.№1 (29). C. 48-55.9139 Определение критических параметров обтекания пучка труб методомчисленного эксперимента / С.М. Каплунов [и др.] // Теплоэнергетика. 2015. №8.С. 57-62.40 Расчет аэродинамических нагрузок на плохообтекаемые конструкциипри срывном обтекании / С.М. Каплунов [и др.] // Труды конференции построительной механики корабля, посвященной памяти академика Ю. А.Шиманского.