庞天照 郭 伟 盛元平 郭 涛

1海军驻葫芦岛431厂军事代表室，辽宁 葫芦岛125004 2海军驻沈阳地区军事代表局，辽宁 沈阳110003 3华中科技大学 船舶与海洋工程学院，湖北 武汉 430074

基于流固耦合的U型管流致振动数值分析

庞天照1郭 伟1盛元平2郭 涛3

1海军驻葫芦岛431厂军事代表室，辽宁 葫芦岛125004 2海军驻沈阳地区军事代表局，辽宁 沈阳110003 3华中科技大学 船舶与海洋工程学院，湖北 武汉 430074

利用ANSYS＋CFX双向耦合的方法对换热器U型管的流致振动问题进行仿真分析。分别建立大涡模拟的流体控制方程和结构振动的控制方程，得到掠过U型管流体的升力系数、阻力系数曲线以及U型管振动加速度级谱线。分析表明，结构振动的主要频率成分在流体升力和阻力变化频率和结构本身的固有频率附近，可为工程实践提供参考，具有理论和实践价值。

流致振动；流固耦合；大涡模拟

1引言

壳管式换热器是石油化工、机械动力、船舶海洋等领域应用十分广泛的热交换设备，换热器的性能对产品质量和可靠性起决定性的作用。壳管式换热器的内部流体流动十分复杂，管束的振动是不可避免的，这是造成换热器疲劳破坏的主要原因。据报道，国内外很多换热器受损都是由于管束的振动引起的［1－3］。因此，研究换热器管束的振动情况对于换热器设计和改进有重要的指导作用，对于安全生产更是亟不可待。

目前，国内外学者对换热器振动机理进行了广泛的研究。到目前为止，国内外比较认同的流体诱导结构振动的机理主要有：漩涡脱落、紊流抖振、流体弹性不稳定以及声振荡［4］。……