1.2.2 錐螺旋彈性管束

結合平面彈性管束的設計思路，設計出錐螺旋彈性管束，利用流體誘導振動實現強化換熱。圖1-5所示為錐形單螺旋管束的結構示意圖，管束呈錐形螺旋線分布，管程的進出口作為其固定端。圖1-6所示為錐形雙螺旋管束的結構示意圖，由Ⅰ、Ⅱ兩根純銅管并排成錐形螺旋線分布，頂部的兩根管束通過一個不銹鋼連接體M脹接相連，管程的進出口為固定端。

圖1-5 錐形單螺旋管束的結構示意圖

圖1-6 錐形雙螺旋管束的結構示意圖

多排錐螺旋管束之間相互嵌套安裝，相鄰管束的間距e等于錐螺旋管束自身的螺距H（e=H）。對于錐形單螺旋管束，其安裝支撐方式如圖1-7a所示。考慮到單螺旋管束的剛度相對較大，可以將管程的出水管設計為圖1-7b所示的結構。

圖1-7 錐形單螺旋管束換熱器

多排錐形雙螺旋管束換熱器的安裝如圖1-8所示，相對于單螺旋管束，雙螺旋管束的剛度較小。同時，由于雙螺旋管束的自由端帶有連接體M，便于采用殼程脈動流發(fā)生裝置誘發(fā)并控制其振動，也可以通過連接體調節(jié)其固有振動頻率等。因此，在本書后續(xù)的關于錐螺旋管束的固有振動特性分析、管程及殼程流固耦合振動特性的計算及試驗研究中，若無特別提及，均以錐形雙螺旋管束為分析對象。

通過對錐形螺旋管束換熱特性分析發(fā)現，錐螺旋彈性管束的錐度對其換熱特性影響較大，管束表面換熱系數隨著管束錐角的增大而增加，而螺距對其換熱特性的影響幾乎可以忽略[7]。文獻[8-9]中研究了管內流體誘導錐螺旋彈性管束的振動響應，結果表明錐螺旋彈性管束的振動方向以縱向為主，錐螺旋彈性管束在流體誘導下的振動響應具有明顯的周期性，隨著管內流速增加，錐螺旋彈性管束的振動頻率基本不變，但振幅逐漸增大。在低流速條件下，錐螺旋彈性管束在管內脈動流誘導下的振動強化換熱綜合性能指標（PEC）可達1.1，管內二次流效應隨著螺旋曲率的增加而增強，對管束的強化換熱起到促進作用。

圖1-8 多排錐形雙螺旋管束換熱器的安裝