Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu thực nghiệm về rung động do dòng chảy gây ra của các ống có cánh trong hệ ống hình tam giác song song
Springer Science and Business Media LLC - Trang 1-16 - 2024
Tóm tắt
Việc thêm cánh vào bề mặt ống gia tăng hiệu quả nhiệt của bộ trao đổi nhiệt bằng cách cung cấp thêm diện tích truyền nhiệt. Tuy nhiên, tác động của cánh đến phản ứng rung động của ống vẫn chưa được hiểu rõ và cần có nghiên cứu thêm. Để mở rộng sự hiểu biết, nghiên cứu hiện tại được thiết kế để phân tích phản ứng rung động do dòng chảy gây ra của cụm ống có cánh trong dòng chảy chéo với các tỉ lệ bước hiệu quả khác nhau và sự tương tác rung động giữa các ống. Nghiên cứu này góp phần cải thiện thiết kế cấu trúc của các bộ trao đổi nhiệt công nghiệp có cánh. Trong bài báo hiện tại, phản ứng rung động do dòng chảy gây ra của các ống có cánh hình xoắn ốc đã được nghiên cứu thông qua thực nghiệm trong các cụm ống hình tam giác song song với các tỉ lệ bước hiệu quả khác nhau là 1,37, 1,60 và 1,83. Các thí nghiệm được thiết kế để thực hiện nghiên cứu sâu về sự kết hợp giữa các ống có cánh và mối quan hệ của nó với sự không ổn định do lực lỏng. Phản ứng rung động của ống có cánh được theo dõi đã được ghi lại bằng cảm biến gia tốc không dây ba trục. Tốc độ dòng chảy tự do thay đổi từ 0 đến 10 m/s và số Reynolds tương ứng dao động từ 0 đến 9300. Phân tích cho thấy hành vi của ống có cánh phức tạp hơn so với các kết quả từ ống trần. Đã quan sát thấy rằng phản ứng biên độ của ống có cánh được theo dõi bị ảnh hưởng mạnh bởi các tỉ lệ bước hiệu quả cũng như vị trí của các ống xung quanh. Sự không ổn định do lực lỏng xảy ra mạnh mẽ trong các cụm ống có cánh với các tỉ lệ bước hiệu quả thấp chủ yếu do cơ chế độ cứng. Các vị trí ống linh hoạt xung quanh trong cụm ống có vẻ là yếu tố quan trọng trong việc kích thích sự không ổn định ở ống có cánh được theo dõi. Các vị trí ống xung quanh T2, T5 và T6 có đóng góp lớn trong việc kích thích sự không ổn định do lực lỏng trong các cụm ống này. Hơn nữa, hành vi này trở nên có ý nghĩa hơn ở tỉ lệ bước hiệu quả thấp (1,37).
Từ khóa
#ống có cánh #rung động do dòng chảy #tỉ lệ bước hiệu quả #không ổn định do lực lỏng #bộ trao đổi nhiệtTài liệu tham khảo
Arafa N, Mohany A (2019) Wake structures and acoustic resonance excitation of a single finned cylinder in cross-flow. J Fluids Struct 86:70–93
Arshad H, Khushnood S, Nizam LA, Ahsan MA, Bhatti OG (2018) Effect of fin geometry on flow-induced vibration response of a finned tube in a tube bundle. J Appl Fluid Mech 11(40):1143–1152
Bashir MS, Khushnood S, Nizam LA, Javaid MY, Usman M, Rashid MM (2023) Fretting wear analysis of flexible vibrating tube interacting with the support plate in low-speed water tunnel. J Vib Eng Technol. 1–16
Connors H (1970) Fluidelastic vibration of tube arrays excited by cross flow. Proc ASME Winter Annual Meet 1970:42–56
Desai SR, Maniyar AA (2019) Fluidelastic vibration analysis of normal square finned tube arrays in water cross flow. J Press Vessel Technol 10(1115/1):4043187
Desai SR, Pavitran S (2017) Experimental investigation on vortex shedding and fluid elastic instability in finned tube arrays subjected to water cross flow. J Pressure Vessel Technol 139(5):051301
Desai SR, Pavitran S (2018) The effect of fin pitch on fluid elastic instability of tube arrays subjected to cross flow of water. J Inst Eng India Ser C 99(1):53–61
Desai SR, Pavitran S (2021) An experimental investigation to study the effect of fin density and void fraction on fluid elastic instability of finned tube arrays exposed to air–water cross flow. Proceedings of the 14th international conference on vibration problems. Springer, Singapore
Desai SR, Sonare MN (2023) Effect of fin density and fin height on flow-induced vibration behavior of finned tube arrays subjected to water cross flow. Multidiscip Model Mater Struct 19(2):155–175
Eid M, Ziada S (2011) Vortex shedding and acoustic resonance of single and tandem finned cylinders. J Fluids Struct 27(7):1035–1048
Halle H, Boers B, Wambsganss M (1975) Fluidelastic tube vibration in a heat exchanger designed for sodium-to-air operation. J Eng Power 97(4):561–568
Halle H, Chenoweth J, Wambsganss M (1984) Flow-induced tube vibration thresholds in heat exchangers from shellside water tests, Argonne National Lab., IL (USA); Heat Transfer Research, Inc., Alhambra, CA (USA)
Hamakawa H, FukanoT, Nishida E, Aragaki M (2001) Vortex shedding from a circular cylinder with fin. 7th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference and Exhibit
Hamakawa H, Nakashima K, Kudo T, Nishida E, Fukano T (2008) Vortex shedding from a circular cylinder with spiral fin. J Fluid Sci Technol 3(6):787–795
Harrison E (1948) Heat convection from finned tubes, mechanical world monographs, vol 46. Emmott, Manchester
Hirota K, Nakamura T, Kikuchi H, Isozaki K, Kawahara H (2002) Fluidelastic and vortex induced vibration of a finned tube array. ASME 2002 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, American Society of Mechanical Engineers
Kienböck M (1982) Vibration characteristics of finned tubes with small fins. VGB Kraftwerkstech 62(7):498–506
Lumsden RH, Weaver DS (2010) The effect of fins on fluidelastic instability in in-line and rotated square tube arrays. J Pressure Vessel Technol 132(5):051302
Mair W, Palmer R (1975) Vortex shedding from finned tubes. J Sound Vib 39(3):293–296
Nishi Y, Shigeyoshi Y (2022) Vortex-and wake-induced vibrations of a circular cylinder placed in the proximity of two fixed cylinders. J Vib Eng Technol 10(3):1081–1089
Owen P (1965) Buffeting excitation of boiler tube vibration. J Mech Eng Sci 7(4):431–439
Paidoussis M (1983) A review of flow-induced vibrations in reactors and reactor components. Nucl Eng Des 74(1):31–60
Pettigrew M, Gorman D (1981) Vibration of heat exchanger tube bundles in liquid and two-phase cross-flow. Flow-Induced Vibration Design Guidelines: 89–110
Pettigrew M, Sylvestre Y, Campagna A (1978) Vibration analysis of heat exchanger and steam generator designs. Nucl Eng Des 48(1):97–115
Pettigrew M, Taylor C (1991) Fluidelastic instability of heat exchanger tube bundles: review and design recommendations. ASME J Pressure Vessel Technol 113(2):242–256
Pettigrew M, Taylor C, Fisher N, Yetisir M, Smith B (1998) Flow-induced vibration: recent findings and open questions. Nucl Eng Des 185(2):249–276
Price S (1995) A review of theoretical models for fluidelastic instability of cylinder arrays in cross-flow. J Fluids Struct 9(5):463–518
Reid DR, Taborek J (1993) Selection criteria for plain and segmented finned tubes for heat recovery systems. ASME 1993 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition, American Society of Mechanical Engineers
Roberts BW (1966) Low frequency, aerolastic vibrations in a cascade of circular cylinders, Institution of Mechanical Engineers
Ryu B-N, Kim K-C, Boo J-S (2003) The effect of serrated fins on the flow around a circular cylinder. KSME Int J 17(6):925–934
Wang J, Weaver DS (2012) Fluidelastic instability in normal and parallel triangular arrays of finned tubes. J Press Vessel Technol 134(2):021302
Weaver D, El-Kashlan M (1981) On the number of tube rows required to study cross-flow induced vibrations in tube banks. J Sound Vib 75(2):265–273
Weaver DT, Fitzpatrick J (1988) A review of cross-flow induced vibrations in heat exchanger tube arrays†† The original version of this paper was prepared for presentation at the International Conference on Flow Induced Vibrations, Bowness-on-Windermere, 12–14 May 1987; proceedings published by BHRA The Fluid Engineering Centre, Cranfield, England ( King R ed). J Fluids Struct 2(1): 73–93
Yadav PH, Desai SR, Mohanty DK (2022) Investigation on vibration parameters in aluminum finned tube arrays subjected to water cross flow. Multidiscip Model Mater Struct 18(5):808–825
Yu X (1986) An analysis of tube failure in a U-shape tube bundle. Proceedings of the ASME Pressure Vessels and Piping Conference on Flow-Induced Vibration, Chicago, IL
Zdravkovich M, Stonebanks K (1990) Intrinsically nonuniform and metastableflow in and behind tube arrays. J Fluids Struct 4(3):305–319
Ziada S, Jebodhsingh D, Weaver D, Eisinger F (2005) The effect of fins on vortex shedding from a cylinder in cross-flow. J Fluids Struct 21(5):689–705
Ziada S, Sun Z, Feenstra P (2001) The effect of platen fins on the flow-induced vibrations of an in-line tube array. J Pressure Vessel Technol 123(4):437–441