换热器作为流体传输和热量传递的设备,在工业生产中比较普及且占据较高比重。换热性能和使用寿命是直接影响换热使用效率和安全运行的重要因素。弹性管束换热器的工作原理是利用流体诱导管束振动实现强化换热。然而,振动疲劳破坏是设备有效工作中一直面临的问题。因此,采用合理的方法诱导并激发管束振动对实现换热器安全运行十分重要。本文针对单排平面弹性管束,同时结合仿真计算和实验的方法,分析了管内流体诱导管束振动的响应,研究了管内脉动流诱导管束振动条件下管束的换热性能。研究成果将对平面弹性管束的制造和安全使用提供一定的理论指导。本文的主要研究工作如下:(1)运用ANSYS Workbench软件,建立了不同结构形状的绕流体的绕流特性的仿真分析模型,比较分析了各绕流体产生的脉动流强度;分析了等边三角柱绕流时在不同特征尺寸时所产生的脉动流特性。研究表明,三角柱绕流体相对圆柱和方柱来说,其综合性能较好,且等边三角柱在不同结构尺寸时所产生的脉动流频率是不同的。(2)基于有限元方法建立了平面弹性管束管内流体诱导振动的仿真计算模型。分析了在管内有、无充液条件下管束的固有特性,分析了在管内有、无脉动流条件下流体诱导管束的振动响应。研究表明,平面弹性管束的振动特征是面外振动和面内振动,主要表现为面外振动;管内充满流体时管束的固有频率比未充液时小;随着管内流速递增管束自由端的振幅相应的变大,其中管束小自由端的振幅增量比大自由端的振幅增量更大,说明小自由端的振动更容易受管内流速的影响;在管内脉动流的作用下,管束自由端的振动频率基本不随流速变化,但振幅有所增加。(3)搭建了平面弹性管束管内流体诱导振动的实验平台,分析了有、无绕流体的情况下管束小自由端随管内流速变化的振动位移和频率。研究表明,管内入口流速在0.1m/s～0.6m/s时,随着管内流速递增管束自由端的振幅也相应的变大;在管内流速相同的情况下,脉动流诱导管束小自由端的振幅略微增大。(4)建立了平面弹性管束管内脉动流诱导振动强化换热的仿真计算模型,分析了管内脉动流对管束壁面换热系数的影响,利用综合性能评价指标PEC评价了弹性管束换热性能。研究表明,在管内脉动流作用下,管束入口流速小于或者等于0.3m/s时PEC值大于1,管束综合换热性能较好。