Диссертация (1025557), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Здесь проанализировано поведение жидкости присрывном обтекании одиночных тел и тесных пучков труб, а также обобщенызависимости гидродинамических сил от числа Re для рассматриваемыхслучаев.Втораяглавапосвященакраткомуописаниюконструкциитеплообменного аппарата, а также различным механизмам возбужденияколебаний основных его элементов - труб.На основании анализа экспериментальных исследований поведениятруб в агрегатах теплообменного оборудования по специфике проявленияразличают несколько механизмов возбуждения, а именно: турбулентный9бафтинг, периодический вихревой отрыв иПоказано,чтовозможностьгидроупругое возбуждение.проявленияименногидроупругоговозбуждения является недопустимой для нормальной эксплуатации трубныхпучков.Втретьейгидроупругогоглавемеханизмадаетсяописаниевозбужденияматематическойтрубногопучка,моделинаосновеиспользования которой при проведении численного эксперимента дляфрагмента пучка трубок определяется значение критической скоростиобтеканияизанализаусловияустойчивостирассматриваемоймногокомпонентной системы.

Также здесь приводятся с выводом полученныеавтором выражения для расчета гидродинамических нагрузок через параметрывнешних и внутренних вихрей, с помощью которых и производитсямоделирование обтекания как круглых неколеблющихся и колеблющихся тел,так и обтекания тел произвольной формы.Четвертая глава описывает результаты, полученные на основеразработанной математической модели, по определению критической скоростиобтекания поперечным потоком теплоносителя одиночного ряда из трех, пяти,семи труб, а также для прямоугольного пучка. Полученные в диссертационномисследованиирезультатысравнивалисьсрезультатамиизвестныхэкспериментальных исследований как отечественных, так и зарубежныхавторов.Степень достоверности. Проводимые численные эксперименты иполученные результаты сравнивались с многочисленными физическимиэкспериментами отечественных и зарубежных исследователей.Научнаяновизна.В диссертационном исследованииполученыследующие научные результаты:1)наоснованиипроведенноговработеанализаданныхэкспериментальных исследований поведения трубных пучков разработанаматематическая модель гидроупругого механизма возбуждения их колебаний сучетом срывного обтекания;102) на основе разработанной модели возбуждения колебаний трубногопучкапредложенобобщенныйкритерийподобиядлягидроупругогомеханизма возбуждения, позволяющий оценить критические параметрырассматриваемой гидроупругой системы;3) определено условие устойчивости для пучков труб, выраженное сиспользованиембезразмерныхпараметров:логарифмическийдекрементколебаний, безразмерный массовый параметр и собственные числа матрицвлияния (матриц линейной гидродинамической связи) в многокомпонентнойсистеме «жидкость-трубы»;4)предложеныаналитическиезависимостидляопределениягидродинамических сил, воздействующих на неподвижные и колеблющиесяпрофили при их срывном обтекании с учетом мгновенных значений скоростейдискретных вихрей, что позволяет уточнить модели гидродинамическихпроцессов, воспроизводимых в современных вихревых методах (упрощениерасчетнойсхемыисокращениевременисчета),характерныхдлятеплообменных пучков.Практическая ценность диссертационного исследования состоит вследующем:1.

Разработанная методика численного определения гидродинамическихнагрузок и возбуждаемых ими колебаний пучков труб позволила всущественной мере дополнить и частично заменить дорогостоящие итрудоемкие экспериментальные исследования.2. Предложен способ определения гидродинамических сил в пучках срегулярной компоновкой их поперечного сечения на основании расчетагидродинамических сил для фрагмента данного трубного пучка, что позволилосущественно сократить время проведения дальнейших расчетов.3. Разработанный подход к исследованию явления гидроупругоговозбуждения пучков труб и полученные на его основе результаты являютсяважными на стадии проектирования теплообменных пучков для определенияобластей параметров конструкции, при которых невозможна ее эксплуатация.11Этопозволяетнаходитьрациональныесточкизренияповышениявибропрочности конструктивные решения.4.

Определены значения критической скорости потока теплоносителя,зависящиеотбезразмерныхпараметров(логарифмическийдекрементколебаний, безразмерный массовый параметр трубного пучка, характеристикагидродинамических сил), что позволяет оперативно производить диагностикутакже для введенного в эксплуатацию теплообменного аппарата на наличие внем недопустимого гидроупругого возбуждения колебаний.Необходимопозволяетвотдельнозначительнойотметить,чточисленноемере избежать длительныхмоделированиетрудоемкихичрезвычайно дорогих опытных исследований на натурных объектах, особеннотаких, как мощные стационарные энергетические установки АЭС, ГРЭС и наиных различных многокомпонентных конструкциях в потоках жидкости.Результаты диссертационного исследования были использованы напредприятии АО «ОКБМ Африкантов» при доработке программы RANT-1,предназначенной для численного анализа динамики и износостойкоститеплообменных труб в части определения критических скоростей обтеканиятеплообменного пучка поперечным потоком теплоносителя в зависимости отпараметров парогенератора реакторнойустановкиТВР-Э с помощьюразработанной численно-аналитической методики.Методика определения нестационарных гидродинамических нагрузокна трубах в пучках с регулярной компоновкой поперечного сечения путемрасчета сил для фрагмента пучка, математическая модель для корректногоописаниягидроупругогомеханизмавозбуждениявибрацийтрубтеплообменников с учетом их срывного обтекания внедрены в учебныйпроцесс Санкт-Петербургского государственного морского техническогоуниверситета при чтении курса «Гидроаэроупругость» по магистерскойпрограмме направления 15.04.03 «Прикладная механика».12Личный вклад автора.

Тематика диссертации предложена научнымруководителем.Всеисследования,результатыкоторыхотраженывдиссертационной работе, проведены соискателем в процессе научнойдеятельности.Апробация работы. Теме диссертационной работы было посвящено 11докладов, среди которых 3 - на международных конференциях, прошедших вРоссии и 2 – на международных конференциях, прошедших за рубежом(Украина, Литва).Публикации. По теме диссертационной работы было опубликовано 20статей в журналах и сборниках научных трудов, из которых 7 – врецензируемых и рекомендованных ВАК РФ для соискания ученой степени.На защиту выносятся следующие результаты диссертационной работы:1. Математическая модель, которая описывает гидроупругий механизмвозбуждениявибрацийупругихтрубтеплообменниковкакразвитиенеустойчивости их невозмущенного состояния при срывном обтекании.2. Обобщенный критерий подобия для гидроупругого возбуждениявибраций, позволяющий оценить критические параметры трубных пучковтеплообменных аппаратов.3.

Способ определения нестационарных гидродинамических сил натрубах пучков с регулярной компоновкой поперечного сечения путем расчетасил для фрагмента трубного пучка, что позволяет существенно сократитьвремя расчета.4. Условие устойчивости на основе критерия Ляпунова для фрагментапучка, выраженное через безразмерные параметры системы и оценкусобственных чисел матрицы влияния, построенной для рассматриваемоготрубного пучка.13Глава 1. Аэрогидродинамические нагрузки на конструкции в потокесреды1.1.

Обтекание потоком одиночных телПри анализе законов движения несжимаемых жидкостей и газов, какпоказано на практике и подтверждено опытом физических экспериментальныхисследований, можно пользоваться одними и теми же соотношениямигидромеханики, не обращая особого внимания на различия в строении ихмолекул [17], но только в том случае, если скорость движения газа не будетпревышать некоторый предел, зависящий от числа Маха (соотношение междускоростью движения газа и скоростью звука в газе).Вероятная ошибка вопределении давления газа по соотношениям для жидкости, обладающейсвойством несжимаемости, будет составлять не более 1 % при значении М≤0,2.Таким образом, законы движения газа и капельной жидкости могут считатьсяпохожими, к примеру, при скорости 70-75 м/сек, если принять скорость звукапри его прохождении в воздухе равной 350 м/сек.

Пример визуализациипроцесса обтекания профиля в жидкости представлен на Рисунке 1.1.Рисунок 1.1.Визуализация дорожки Кармана за цилиндромВ дальнейшем термин гидроупругость будет использоваться наравне свстречающимисявлитературетерминамиаэроупругостьиаэрогидроупругость, поскольку понятие "среда" обычно используется вшироком смысле. При изучении взаимодействия потока и обтекаемого им тела(конструкции) основное различие между газом и жидкостью состоит в14различной вязкости и плотности, более существенной зависимости процессовот температуры для газов и возможности существования свободного уровнядля жидкости. Основные зависимости действительны для обеих сред вуказанном выше диапазоне чисел Маха.Согласнокриволинейныханализурезультатовповерхностейреальнойисследований,жидкостьюприобтеканиипограничныйслойотрывается не в определенной точке, а охватывает некоторую небольшуючасть поверхности в направлении движения потока.

Эта область колеблетсяоколо равновесного положения. При обтеканииидеальнойжидкоститрубыраспределениепоперечным потокомдавлениясимметрично,и,следовательно, труба не оказывает никакого лобового сопротивленияобтекаемой идеальной жидкости (парадокс Даламбера).Реальная жидкость, обтекая поверхность, прилипает к ней [17].

Этоменяет картину линий тока, поскольку происходит торможение слоя жидкости,прилегающего к поверхности. В этом слое (Рисунок 1.2) скорость теченияжидкости изменяется от нуля на стенке до значения во внешнем потоке, гдетечение фактически происходит без трения.

Характеристики

Список файлов диссертации