换热器是化工生产过程中应用最为广泛的热交换设备,设备的安全运行对生产有着极大的影响,但因振动破坏而最终导致失效报废的案例总有发生。因此,换热器管束流体诱发振动一直是国内外专家学者重点研究的问题。而流体弹性不稳定性则是导致换热器管束振动的重要原因之一。本文提出了一个适用于计算流体弹性不稳定性的有限元模型,采用流固耦合的计算方法模拟了换热器管束流体弹性不稳定性的发生过程,发现了流场的剧烈变化是导致管束发生振动的重要原因,并且计算出了临界流速。根据国内外的研究现状,设计并建立了一套研究流体诱导管束振动的实验装置,实验研究了换热器管束流体弹性不稳定性的产生过程和振动规律。将有限元模拟计算结果与实验结果进行对比,结果表明所建立的模型与实验结果吻合较好,验证了模型的正确性。与此同时,还对TEMA标准的计算结果进行了评价,结果表明TEMA标准的结果偏于保守。本文利用有限元模型还研究了固有频率对临界流速的影响,结果显示固有频率的改变会影响管束振动的轨迹,且与流体介质和管束的排列方式有关。当管束中存在较低频率的管子时,管束的临界流速会有所降低。最后初步探讨了管束发生流体弹性振动时相位的变化规律,发现了各个管子之间存在一定程度的相位滞后,且滞后程度与排列方式和节径比均有关系。本文的研究为换热器管束流体弹性不稳定性的实验及数值模拟研究提供了一些新的方法,为标准的制订提供了参考依据。