单相流作用下圆柱结构振动响应特性研究

张筱璐， 任彤煜， 王秋波， 齐 巍， 李跃娟

（1.北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京 100124；2.北京工业大学汽车结构部件先进制造技术教育部工程研究中心，北京 100124；3.中国汽车技术研究中心有限公司，天津 300300）

换热器是石油、化工、动力等行业中实现热量传递的重要设备，在内部流体作用下，传热管会发生流致振动. 当壳程流体的流动方向垂直于传热管轴线方向时，传热管更易发生弯曲变形和损坏.

目前的试验和数值模拟研究多针对直圆柱结构在水介质流动激励下的振动响应特性，一般将来流方向定义为顺流向，垂直来流方向定义为横流向［1-3］. Tolentino 等［4］在水洞中对雷诺数范围为90～350、质量阻尼系数为0.126、底部固定的直圆柱结构开展流致振动试验，发现在不同雷诺数范围内，圆柱体的振动响应由不同的频率决定. 徐万海等［5］在雷诺数为800～16 000的范围内研究直圆柱结构顺流向涡激振动响应特性，发现顺流向响应频率一般“锁定”在固有频率附近. Williamson、Govardhan和Blevins等［6-8］发现低质量比直圆柱结构横流向振幅随雷诺数的增大而不再均匀变化，出现分支现象. 康庄等［9］通过对低质量比直圆柱体进行数值模拟，发现雷诺数范围的增大对圆柱涡激振动的影响主要体现在顺流向与横流向各分支振幅的增加.Jauvtis、Williamson和Wu等［10-12］对横流向和顺流向自由振动的直圆柱开展试验，并与只在横流向自由振动的直圆柱对比，发现两自由度直圆柱顺流向振动会增大其横流向振幅. 唐国强等［13］在0.15～0.6 m/s的……