Abstract
A heat exchanger tube array in a heat recovery steam generator is exposed to hot exhaust gas flow that can cause flow induced vibrations, which could damage the heat exchanger tube array. The characteristics of flow induced vibration in the tube array need to be established for the structural safe operation of a heat exchanger. Several studies of the flow induced vibrations of typical heat exchangers have been conducted and the nondimensional PSD (Power Spectral Density) function with the Strouhal number, fD/U, had been derived using an experimental method. The present study examined the results of the previous experimental research on the nondimensional PSD characteristics by CFD analysis and the basis for the application of flow induced vibration to the heat recovery steam generator tube array was determined from the present CFD analysis. The present CFD analysis introduced circular cylinder tube array and calculated using unsteady laminar flow for the tube array. The characteristics of lift and drag fluctuations over the cylinder tube array was investigated. The derived nondimensional lift and drag PSD was compared with the results of the previous experimental research and the characteristics of lift and drag PSD for a circular cylinder tube array was established from the present CFD study.
배열회수 보일러의 전열관군은 외부에 가스터빈에서 나온 고온의 배기가스가 흐르게 된다. 이러한 유체의 흐름으로 인해 전열관군에서 시간변화에 따라 양력과 항력의 변동이 발생하는데 이에 따라 유동 유발 진동이 발생한다. 이러한 진동이 배열회수 보일러의 전열관군에서 파손을 야기할 수 있어서 열교환기의 구조적 안정성을 위해 열교환기의 전열관군에서 유동 유발 진동 특성을 규명할 필요가 있다. 일반적인 열교환기 전열관군에서 유동 유발 진동에 관한 실험적 연구는 기존에 많이 진행되어 오고 있으며 유동 유발 진동에 대한 무차원 PSD(Power Spectral Density) 함수를 무차원 주파수인 Strouhal 수, fD/U의 함수로 실험적 결과들이 도출되어 있다. 본 연구는 열교환기 전열관군에서 유동 유발 진동에 관한 기존의 실험적 연구들의 결과를 전산유체해석을 통해 검증하고 배열회수 보일러의 전열관군의 양력과 항력의 PSD 특성에 적용하기 위한 기반을 마련하는 것을 목적으로 한다. 이러한 것을 위해 기존 연구에서 실험에 사용한 전열관군에서 비정상 상태 유동해석을 수행하여 전열관군에서의 양력과 항력 변화 특성을 살펴보았다. 또한 전열관군에서 양력과 항력 변동 특성으로부터 유동 유발 진동에 따른 PSD 특성 결과를 도출하여 기존의 연구들과 비교를 통해 전열관군에서의 PSD 특성을 정립하였다.
