换热器在适应大型化、高效率和低成本等要求时,面临着越来越突出的流体诱发振动问题,在长期服役过程中可能产生微动磨损或疲劳损伤。流体冲击换热管束产生的漩涡脱落力和湍动力极可能成为导致其不稳定的初始条件。针对这些流体力所导致的流体激振效应对换热器管束的作用规律研究极具应用价值。本文对节径比为1.28的密排刚性管束进行水洞实验,并研究其所受到的流体力。通过测定正三角形、转角正方形、转角三角形和正方形四种排布方式管束所受流体力,分析其时域和频域特征、成分结构特征以及来流对流体力的影响。密排管束所受流体力虽然在时域上幅值随机波动,但在频域上则可体现幅值和频域成分特征,特别是可得到周期成分和随机成分的相对幅值变化。实验结果表明,在正方形管束中的流体力随机性更强,无明显的准周期特征;在转角正方形管束中的流体力周期性更强,在上游管束中更为明显;转角三角形和正三角形管束中流体力的准周期程度则介于前两者之间。在本实验的来流雷诺数范围内,在同一根换热管上所受到的湍流激振力系数对来流状况不敏感。本文利用ANSYS Fluent的大涡模型,计算并分析了与水洞实验相同节径比和管束排布方式条件下的管间流场云图和周期漩涡脱落情况,并和相应的实验结果进行比对来验证数值方法的可靠性。在此基础上,进一步研究了节径比对管间流场云图和周期漩涡脱落的影响。研究结果表明,下游邻管所处的位置和角度对周期漩涡脱落形成尾迹的干扰是管束排布对管间流场影响的主要途径,这在转角正方形和正方形排布的管束中尤为明显;随着管间距增大换热管的漩涡脱落受干扰程度逐渐减弱;与漩涡脱落频率相关的斯托罗哈数随着节径比的增大均有减小或者从无到有;在密排管束中,流体力周期成分对来流的雷诺数变化不敏感。。另外,在水洞实验结果的基础上,本文研究了有界噪声模型在流体力功率谱密度低频区域的适用性。基于对流体力的有界噪声模型进行功率谱密度的无量纲转化、功率谱密度的降噪处理以及在多组雷诺数下功率谱密度的统一处理,本文对斯托罗哈数、低频域的流体力等效幅值以及等效能量方差等相对应的峰值频率、信号幅值以及噪声强度等模型参数进行分析。研究结果表明,相较于顺排管束,错排管束中的流体力准周期特征更为明显,更适用有界噪声模型。相关研究成果可为相关换热器标准提供支撑,用于指导工业设计。