在当今的全球发展中,能源问题日趋严重,人类对能源的需求越来越大。换热器在能源领域应用范围广泛,但换热器运行时,换热器由于流体激励而振动失效是换热器设计和应用面临的重要问题。由于换热器结构复杂、流动复杂、结构大型化等特点,实验和模拟条件较为苛刻,因此研究并解决换热器振动失效问题,对提高工作效率和延长换热器使用寿命具有重要意义。本文以节径比1.28的换热器密排管束为研究对象,首先应用计算流体力学理论,建立了密排管束流体流动控制方程,湍流模型采用RNG K-ε模型,并在网格无关性验证和现有文献实验结果对比分析验证所建立数值模型和模拟方法可行性基础上,利用FLUENT软件,计算并分析了正三角形、转角三角形、正方形和转角正方形排布下管束的升力、阻力、压力分布、速度分布、流线分布和湍动能分布。结果表明转角三角形和正方形排布管束的流场湍动能大,对漩涡破坏作用大。分析管束所受流体力的时域特征、频域特征,得到了不同排布方式对流体力的影响规律,转角正方形排布管束在升力和阻力方向的周期成分均不明显,其余排布方式的升力方向具有明显周期特征。对典型位置的换热管进行模态分析,得到了换热管在两端支撑、预应力、圆柱约束下前三阶的固有频率和振型,以及最大变形的位置。换热器的壳程压力、管程压力和圆柱约束均会增加换热管的固有频率,并且会改变其相应振型。通过对比换热管固有频率和旋涡脱落频率,两者相差较大,不会发生共振现象。由于换热器内壳程流体具有持续流动的特点,因此需要分析换热管在多处位置流体激励下的振动特性。考虑到换热器在换热过程中存在热变形,利用ANSYS软件分析换热管与折流板无间隙和存在较小间隙下换热管在不同排布方式和不同工况下的动力响应情况。换热管与折流板无间隙状态下,换热器中A管和C管更容易产生较大的振动、等效应力和变形,并在工况1和工况3下易受流体诱导发生振动。此外,随着两折流板跨距的增加,会造成流体激励振动产生的应力增大,导致管束更易受到损伤。换热管与折流板存在较小间隙时,分析换热管在不同来流速度下的振动情况。结果表明,不同的来流速度所引起的漩涡脱落强弱程度不同,在0.3m/s～0.4m/s之间,换热管束更易发生漩涡脱落,并加剧折流板对换热管的切割作用。通过分析折流板的最大变形和等效应力,A管和C管容易受到漩涡脱落的影响,在换热管中间位置更易与折流板发生碰撞磨损,且易达到疲劳极限而发生破坏。通过以上分析,针对换热器问题所采用新的数值模拟方法是合理的,能够为密排管束的多点激励振动模拟方法和换热器预防振动提供理论基础。