大型熱風(fēng)爐換熱器共鳴現(xiàn)象的分析

發(fā)布時(shí)間：2009-10-26 瀏覽：3011

作者:馬瀏軒,王治國(guó),韓慶林,王俊發(fā)

　　摘要:對(duì)大型熱風(fēng)爐換熱器的共鳴現(xiàn)象及影響共鳴現(xiàn)象的參數(shù)進(jìn)行了分析,在理論上給出了換熱器共鳴的臨界值及數(shù)學(xué)表達(dá)式,并提出避免換熱器共鳴的設(shè)計(jì)方法,并給出了實(shí)際工程中所應(yīng)采用的技術(shù)措施.

　　關(guān)鍵詞:換熱器;共鳴;駐波;激振頻率

　　引言

　　隨著糧食烘干機(jī)械的發(fā)展,熱風(fēng)爐的需求量逐漸增加.然而,對(duì)于大型熱風(fēng)爐,換熱器共鳴現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,嚴(yán)重影響著換熱器的使用壽命和操作者的身體健康.我們?cè)诤邶埥�省寶泉嶺管理局的糧食處理中心的大型換熱器(換熱面積637m2)設(shè)計(jì)施工過(guò)程中,就出現(xiàn)了極其明顯的共鳴共振現(xiàn)象.在開機(jī)初期共鳴現(xiàn)象嚴(yán)重,隨著溫度的升高,共鳴現(xiàn)象逐漸減弱,在溫度為120℃時(shí),共鳴現(xiàn)象最弱,但即使此時(shí)操作者正常作業(yè)仍然受到影響,所以有必要對(duì)該現(xiàn)象給予重視和處理.

　　1產(chǎn)生共鳴現(xiàn)象的理論

　　分析聲共鳴或聲共振是由橫向流動(dòng)的氣體所激發(fā)的,它是由于環(huán)繞管子(換熱器)的聲學(xué)駐波振動(dòng)引起的.氣體橫向流過(guò)管束、管箱時(shí),在流場(chǎng)中存在一個(gè)與平均流速方向垂直的駐波,該駐波既垂直于換熱器管又垂直于氣流流向.當(dāng)換熱器中某種激振頻率與該駐波頻率相接近時(shí)就可能發(fā)生共振,另外駐波頻率與換熱器結(jié)構(gòu),如殼體、換熱管的固有頻率相一致時(shí),也會(huì)發(fā)生共振.

 

　　r—定壓比熱容與定容比熱容之比.空氣的氣體分子量Mg為28.97kgmole,γ=1.4,典型的基頻、二階頻和三階頻的駐波如圖1所示.駐波通常在45°或90°排列的管束幾何結(jié)構(gòu)的通道中形成,因?yàn)樵谶@些管束布置圖形中所需的激振能為最小.按Barrington認(rèn)為,聲振動(dòng)在置正方(45°)管束布置中比其他管束布置發(fā)生的頻繁.盡管轉(zhuǎn)置正方排列幾何結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出對(duì)流體彈性不穩(wěn)定阻力為最大,但常伴有強(qiáng)的聲駐波.因而這種管束布置不適于殼程氣體介質(zhì)情況應(yīng)用.管束的充實(shí)度對(duì)聲速的效應(yīng).對(duì)于管殼式換熱器,在殼程流體中的實(shí)際聲速C,由于管子的存在而會(huì)減小,聲速的減小率主要取決于管子布置的充實(shí)度比σ,以及附加質(zhì)量系數(shù)Cm的弱函數(shù).因此,通過(guò)管束

 

 

 

　　2防止聲共鳴振動(dòng)的進(jìn)一步

　　(1)在設(shè)計(jì)上換熱器各參數(shù)選擇進(jìn)一步優(yōu)化,使氣流通過(guò)時(shí)的頻率與其駐波頻率及該換熱器固有頻率有較大差異,避免共振、共鳴現(xiàn)象.

　　(2)在換熱器空氣進(jìn)口前,加多孔防振擋板,使氣流不規(guī)則地進(jìn)入換熱器,改變其頻率及氣流速度.

　　(3)在換熱器內(nèi)加折流葉板,使換熱器內(nèi)氣流流動(dòng)不一致,也改變了氣流頻率避免了共振、共鳴現(xiàn)象.