静设备
石油化工设备技术，2017，38（1）·34· Petro-Chemical Equipment Technology
稀醋酸酐冷凝器流体弹性不稳定性分析
段振亚1，宋晓敏1，最清德，樊东东
（1.青岛科技大学机电工程学院，山东青岛266061；2.天津大学化工学院，天津300072）
摘要：流体弹性不稳定性是最常见、最具破坏性的换热器管束激振诱因。但由于两相流的流体弹性不稳定性研究尚不成熟，国内外各个标准给出的分析方法，仍然是基于单相流的理论，尤其是临界流速的计算，并未考虑两相流流型的影响，是不完善的。文章以稀酷酸酐冷凝器为研究对象，分别采用GB/T151一2014《热交换器》计算方法和推荐的两相流计算方法来校核管束的流体弹性不稳定性，并对不同计算方法进行对比与分析。结采表明：针对文章算例，采用GB/T151一2014&热交换器》计算方法得到的临界速度比按两相流计算得到的临界速度高，会为换热器理下流体弹性振动的隐患。
关键词：稀酷酸酐冷凝器流体弹性不稳定性两相流 doi:10.3969/j.issn.1006—8805.2017.01.034
在管壳式换热器的壳程中，流体横向流过管
束时，会诱发管束振动，严重时会发生管束破坏失效。对于换热管束流体诱发振动的机理，目前公认的主要有4种，即漩涡脱落激振机理、湍流抖振机理、流体弹性不稳定性机理、声共振机理。其中流体弹性不稳定性是最重要目最具破坏性的激拆机理，当流体速度较高时，在流体力作用下，管子将产生大幅度的振动，很短时间内便遭到破坏。因此流体弹性不稳定性一直受到国内外工程界与相关研究者的普遍关注与重视
早期对流体弹性不稳定性的研究都是关于单相流的，目前国内外关于单相流体弹性不稳定性的理论分析与实验都已趋于成熟，Weaverl1、Pet-tigrew2)、聂清德(3-4)，吴皓1等都进行了相关工作的研究，积累了相当丰富的资料。
随着核工业和化学工业等行业的发展，对设
备的安全提出更加严格的要求。流体诱发振动会导致管束失效，使系统停工或减产，甚至发生重大事故，而很多设备都是在两相流动状态下操作的。为了对设备振动问题给出精确的预测，很多国家学者开始重视和参与两相流诱发振动的研究。两相流流体弹性不稳定性的研究起步相对较晚，且更为复杂，需要考虑更多的影响因素，例如两相混合物的特性、两相流的流型以及体积含气率等，相关实验也更为困难，实验费用也相对较多。自1方来，在众多学者的努力下也取得
了显著的成果，Pettigrew6]、Sim等学者也都针对两相流流体弹性不稳定性做了较为细致的研究，但与单相流的研究水平相比还有较大差别。
目前国内外各个标准，如美国的TEMA标准8、ASME规范[9以及我国的GB/T151一2014《热交换器》[101等，给出的关于两相流流体弹性不稳定性分析方法都是基于单相流体的，尽管对两相流的一些参数有所引用，但尚未形成一个完善的计算方法。因此在工程应用时，这种做法缺少理论或实验依据，得到的临界流速有可能偏高，从而埋下安全隐患。Pettigrew等[111学者的研究较为深入，在临界流速的计算公式中考虑了两相流流型的影响，计算方法较为合理。
笔者曾以一个稀醋酸酐冷凝器为实例，利用两相流诱发振动最新的研究成果，对两相流流体诱发振动的核算与判定方法进行了介绍，并通过实例计算示例[12]。由于撰写文献【12]时，所引用的有关两相流体阻尼的研究资料还不是很成熟，其中的基于结构阻尼对数衰减率是按照支承处于
收稿日期：2016-07-12；修改稿收到日期：2016-10-24，
作者简介：段振亚，男，2006年毕业于天津大学化工过程机械专业·博士，主要从事过程装备研发及大气污染控制的相关研究工作，教授。
Email:qust_zyduan@163.com
基金项目：山东省高等学校科技计划项目：超音速低温螺施流的气液界面流体动力学（J16LB73），