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1. 研究目的与意义

当流体流过圆柱体时,旋涡从圆柱体两侧交替脱落,并在尾流中形成卡门涡街。

交替的脱涡导致圆柱体受到交替的作用力,使得圆柱产生振动。

这种涡致振动不仅会对流动的脱涡过程产生影响,而且可能对固体结构造成损坏。

2. 国内外研究现状分析

cfd是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的一门新型独立学科，通过计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上定量描述流场的数值解，从而达到对物理问题研究的目的。

在国内通过cfd对圆管绕流及涡致振动进行分析已被多数学者接受：1995年中国学者叶春明等就成功模拟出了圆柱起动初期漩涡精细结构及长时间演化后的卡门涡街，并对卡门涡街形成机理作了分析，探讨了工程上对尾流的控制方法；随后在2001年曹丰产和项还帆对圆柱非定常绕流及涡致振动的数值进行了计算分析，并成功地预测到了涡致振动的拍和锁定现象；2005年赖永星等利用计算流体力学软件，得到了弹性支撑圆管和固定圆管的升力及弹性支承圆管横向位移响应的功率谱；2008年詹昊等对不同雷诺数下圆柱绕流进行了研究计算，得到的结果为：流动呈明显的三维特性,在105≤re≤106时出现阻力危机现象,从亚临界区、超临界区到极超临界区,涡脱落形态由规则到不规则再到规则；2009年滕丽娟等使用流体软件fluent模拟了双柱绕流升阻力系数，得出结论：两圆柱阻力系数随夹角增大而增大,以并列双稳态对应的阻力系数最大。双柱串列时,下游圆柱阻力系数为负,两柱升力合力为0。双柱错置和并列时,两圆柱阻力系数都为正值,每个圆柱的升力合力都不为0,以并列发生双稳态流动时的升力合力最大；到2010年杨一等通过对列管式换热器管束振动的特性分析，导出了换热器管束固有频率的计算方法，并且提出了预防解决共振问题的措施。

国外自二十世纪六十年代以来，在欧美等发达国家cfd技术已经得到飞速展。其发展的原动力是不断增长的工业需求。从 1768 年提出绕物体流动阻力绝对等于零的疑题算起，绕流问题的研究已有 200 多年的历史；1912 年卡门系统地研究了涡街的形成和稳定性问题，并确定了涡系动量与尾流阻力之间的关系，成为钝体绕流研究的一个重要里程碑；随后bishop和hassan于1964年提出尾流震荡模型，并由hartlen和skop等进行改进；1970年cnonors用流体刚度控制的机理，提出拟静态流模型，用来确定单排管发生流体弹性不稳定临界流速；在此基础上，1977年blevins又将此模型推广应用于多排管；直到1989 年ohya等在流体力学大全中全面总结了单柱、多个矩形柱等尾流干扰、偏流、不同雷诺数下尾涡周期性脱落的实验结果，为后人进行柱体绕流研究提供了极有价值的资料。多年来，cfd在湍流模型、网络技术、数值算法、可视化、并行计算等方面取得了飞速发展，并给工业界带来了革命性的变化。目前在国外，在航空、航天、汽车灯领域，利用cfd进行的反复设计、分析、优化已成为标准的必经步骤。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：（1）查阅文献，介绍管壳式换热器失效的主要原因、管束振动原因、cfd及cfd在该类问题中的应用情况。指出开展本研究工作的必要性和重要性。

（2）应用ansysfluent对管壳式换热器中不同介质，不同流速下单管绕流流场进行数值模拟并对涡致振动现象进行分析，和传统的理论比较，验证数值模拟的可靠性。

研究计划：(1)查阅、翻译外文资料，调研及查阅文献，写开题报告；（3周）

(2)学习fluent、word等语言和应用软件（2周）

4. 研究创新点

无