管壳式换热器内的管束时刻承受横向流的冲刷，极易由于流体诱发振动而发生破坏。其中流体弹性不稳定性是换热器管束振动中最重要的激振机理，对这一机理的研究对换热器的合理设计与安全运行都有重要的意义。本文通过水洞实验，对节径比S/d=1.28的正方形排布管束，在不同流速下管束的振动响应进行了测定与研究，得到了管束振动随流速变化的规律。采用计算流体力学方法，建立了管束流固耦合模型，研究了湍流模型与轴向尺寸对计算模型的影响，建立了适宜的数值计算模型，并通过实验进行了验证。结果表明，可以采用大涡模型、轴向尺寸为d的计算模型对流体弹性不稳定性进行研究，该模型在管束振幅与频谱响应的一般趋势上能同实验很好地吻合，但是在均方根幅值预测上有较大误差。采用建立的流固耦合模型对管束的流体弹性不稳定性振动特性进行了研究，结合实验结果，分析表明临界流速之后管束的主振方向会随流速发生变化，管束位置对此也有一定影响；相邻管束之间的振动在临界流速之后呈现180°的相位差。对现有的临界流速获取方法进行了探讨，分析表明，采用感官判断的方法可以判断流体弹性不稳定性的发生，但是准确性较低，实际应用中需要较强的工程经验；振幅-流速图方法能很直观的判断管束的临界流速，但存在一定误差，需要预先判断主振方向才能提高预测的效果；频谱数据分析方法对于重相流体下管束的临界流速预估较为准确，但不适用于轻相流体。本文还模拟计算研究了节径比为1.28和1.5的正方形排布和转置正方形排布管束的失稳特性。结果表明，正方形排布管束临界流速较转置正方形排布管束高，因此更不易发生流体弹性不稳定性。正方形排布下，大节径比临界流速相对更高。