核级换热设备流致振动分析

叶泉流，王春霖，郎红方，谢建华

(中广核工程设计有限公司，广东 深圳518057)

0 引言

换热器在核电站中应用十分广泛，随着科技的发展与实践经验的积累，一些综合性能较好的换热器类型也已经开始在核电站中应用。整圆形孔板纵流型管壳式换热器就是其中之一，其非常大的一个优点是减少换热管束的流致振动。然而即使如此，流致振动依然会对该类型的换热器带来不小的影响，更由于核级设备在功能上的重要性，相关的要求也比较高，该问题便更加受到重视。本文从核级换热设备的要求出发，以水－水无相变换热整圆形孔板纵流管壳式换热器为背景，对其在管束流致振动方面的问题进行了详细分析，促进其在核电行业中的应用与发展。

1 机理分析

水－水无相变热交换管壳式换热器流致振动机理可分为:漩涡脱落、紊流抖振、流体弹性激振三个方面。

1.1 漩涡脱落

当流体横掠换热管时，雷诺数达到一定程度，管子背面两侧将产生周期性漩涡尾流，管束因漩涡脱落引起的振幅随流体掠过管束流速的不同而不同，如图1所示，流速较低时，振幅接近线性增大，随后则呈现迅速上升的特性，当达到漩涡脱落流速Vv时，漩涡脱落频率与换热管固有频率吻合，换热管振动强烈，振幅达到第一个高峰，之后随着流速的继续增大，这种共振现象就会消失。

1.2 紊流抖振

紊流中脉动变化的压力和速度场不断给管子能量，当其主频率与管子固有频率相近或相同时，管子吸收能量并产生振动。……