螺旋板换热器流体诱发振动

流体诱发振动广泛存在于众多工业领域中，特别是流体外掠螺旋板换热器传热管造成传热管振动的问题；在全世界范围内，螺旋板换热器传热管的破裂是核电厂运行中最为重要的安全事故之一，原因是传热管的破裂会造成放射性物质的外泄和冷却剂流失事故的发生，因此避免流致振动对于螺旋板换热器的安全运行至关重要。

目前公认的４种流体诱发振动的作用机理为：流弹失稳、漩涡脱落、湍流抖振和声共振其中，流弹失稳是流体力和螺旋管运动相互作用的结果；在流体流速很高的情况下，流 体 给予螺旋管的能量大于螺旋管自身阻尼所消耗的能量时，螺旋管将在短时间内产生大幅度的振动，并由此造成失效甚至破裂，因此流弹失稳被认为是最为重要的激振机理。

而湍流抖振是由于湍流在螺旋管表面产生了随机性的压力脉动造成螺旋管发生振动，虽然它不会在短时间内使传热管失效，但长期的小幅振动会在传热管和支承处不断发生碰撞、磨损，造成螺旋管的损坏；Connors针对直管管束开展了流致振动的研究，并首先提出了流弹失稳临界流速的判别式；Pettigrew等针对两相流下的管束流致振动开展了实验研究，并提出了适用于两相流的流弹失稳临界流速判别式和湍流抖振激励推荐准则。

直管管束的流弹失稳与管束排布方式和支承形式密切相关而螺旋管式换热器中螺旋管束的排布方式较为单一。每一层中的螺旋管几何形状相同，按一定间距沿轴向排列；上下管之间通过锯齿状的垫片进行固定，上下管的管间距即为垫片的齿条宽度，层与层之间的垫片接触但不固定；为增强换热，层与层 之 间 的螺旋管逆向排列，从内层到外层的螺旋板换热器直径沿径向均匀增加，螺旋管的支承数就是锯齿状垫片沿螺旋管周向布置的数量。