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基于UDF的二维管束流弹失稳模拟研究

核动力工程 2022年第5期43卷 195-202页

作者：谭蔚赵承卓黄旋沈平川张珂朱国瑞天津大学化工学院天津300350 天津大学浙江研究院浙江宁波315201 中国核动力研究设计院成都610213

针对现有流弹失稳模拟研究中的流固耦合模型存在计算精度较低、计算成本巨大的问题,建立了一种可以预测管束临界流速的二维单向流固耦合模型,该模型基于商用ANSYS Fluent软件,通过SST k-ω湍流模型进行流场计算,再由自编译的用户自定义... 详细信息

针对现有流弹失稳模拟研究中的流固耦合模型存在计算精度较低、计算成本巨大的问题,建立了一种可以预测管束临界流速的二维单向流固耦合模型,该模型基于商用ANSYS Fluent软件,通过SST k-ω湍流模型进行流场计算,再由自编译的用户自定义函数(UDF)提取管子所受的流体力,并利用4阶Runge-Kutta法求解结构动力学方程实现单向流固耦合计算。利用该模型对节径比为1.5的转角三角形排布管束进行了流固耦合计算,得到了中心管的临界流速、振幅时程曲线及振幅频谱图,并通过水洞实验进行了验证。结果表明,本模型以较低的计算成本准确地预测了临界流速,同时也获取了管子真实的振动特征,模拟计算的中心管振幅时程曲线及振幅频谱均与实验相近。此外,模拟计算获取的阻力和升力系数数据表明,随着流速增大,阻力和升力系数时程曲线经历了从紊乱到规律的变化,换算流速达到2.44时,阻力和升力系数主频包含管子在静水中固有频率的成分。

关键词：流弹失稳管束流固耦合临界流速

CFD与准静态理论混合的管束结构流弹失稳预测方法

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核动力工程 2021年第3期42卷 90-95页

作者：宋乐琨赵燮霖周进雄叶献辉冯志鹏熊夫睿西安交通大学航天航空学院机械振动与强度国家重点实验室西安710049 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

为开发一种不依赖实验而预测管束结构流体弹性不稳定性(简称流弹失稳)的方法。采用计算流体力学(CFD)方法获取阻力、升力系数及其空间导数,并将3者代入预测流弹失稳的准静态理论中,提出了一种适用于管束结构的混合流弹失稳预测方法,此... 详细信息

为开发一种不依赖实验而预测管束结构流体弹性不稳定性(简称流弹失稳)的方法。采用计算流体力学(CFD)方法获取阻力、升力系数及其空间导数,并将3者代入预测流弹失稳的准静态理论中,提出了一种适用于管束结构的混合流弹失稳预测方法,此方法考虑了管束在横流和顺流2个方向上的不稳定性;以正三角形管束为例,计算了2种节距比(P/d)下流弹失稳特性。结果表明,基于本文提出的CFD与准静态理论混合的弹性管束结构流弹失稳预测方法,可以在不需要实验的情况下获得管束结构发生流弹失稳现象的临界速度;采用此方法计算的流弹失稳结果与文献中的实验结果吻合良好。

关键词：流弹失稳管束结构计算流体力学(CFD) 准静态理论

两相横流作用下的旋转三角形管束流弹失稳研究

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核动力工程 2019年第1期40卷 33-36页

作者：蒋天泽李朋洲马建中中国核动力研究设计院成都610213

为了较为准确的预测两相流作用下圆柱管的失稳临界流速,采用试验测量的两相流准稳态流体力系数,对单向流的准稳态模型进行扩展,建立了气-水两相流作用下的旋转三角形管束中间悬臂自由管的动力学模型,运用Galerkin方法对方程变量进行离散... 详细信息

为了较为准确的预测两相流作用下圆柱管的失稳临界流速,采用试验测量的两相流准稳态流体力系数,对单向流的准稳态模型进行扩展,建立了气-水两相流作用下的旋转三角形管束中间悬臂自由管的动力学模型,运用Galerkin方法对方程变量进行离散后,求解特征方程得到了不同空泡份额的临界流速,并运用龙格-库塔法求解动力学方程得到位移时程响应。数值结果表明,临界流速随着空泡份额的增大而增大,且所建模型计算结果与试验测量值较为吻合。因此,本研究所建模型可用于两相横流作用下的旋转三角形管束流弹失稳临界流速预测。

关键词：两相流管束流弹失稳

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非稳态流体力作用下两相流管束流弹失稳研究

核动力工程 2019年第2期40卷 58-61页

作者：蒋天泽李朋洲马建中中国核动力研究设计院成都610213

流弹失稳会引起传热管振幅过大而发生磨损破坏,是两相流作用下蒸汽发生器管束流致振动的重要机理。为了较为准确地预测两相流作用下圆柱管的失稳临界流速,对试验测量的两相流非稳态流体力进行参数拟合,建立了气-水两相流作用下单管的动... 详细信息

流弹失稳会引起传热管振幅过大而发生磨损破坏,是两相流作用下蒸汽发生器管束流致振动的重要机理。为了较为准确地预测两相流作用下圆柱管的失稳临界流速,对试验测量的两相流非稳态流体力进行参数拟合,建立了气-水两相流作用下单管的动力学模型。通过无量纲化,运用Galerkin方法对方程变量进行离散后,联立求解方程得到了不同空泡份额的临界流速。数值结果表明,数值解与试验测得失稳临界流速较为吻合,验证了该模型可用于两相流传热管临界流速的预测。

关键词：两相流管束流弹失稳非稳态流体力

CFD-半解析模型混合的管束结构流弹失稳预测方法

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应用数学和力学 2021年第3期42卷 248-255页

作者：赵燮霖冯志鹏蔡逢春叶献辉周进雄西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610200

横向流作用下管束结构传统流弹失稳模型的建立或多或少需要获取实验流体力参数作为输入条件.因此非常需要开发一种不依赖实验数据的管束结构流弹失稳模型.该文提出了一种改进的CFD仿真与半解析方法混合的管束结构流弹失稳预测方法.采用... 详细信息

横向流作用下管束结构传统流弹失稳模型的建立或多或少需要获取实验流体力参数作为输入条件.因此非常需要开发一种不依赖实验数据的管束结构流弹失稳模型.该文提出了一种改进的CFD仿真与半解析方法混合的管束结构流弹失稳预测方法.采用CFD仿真方法获取半解析模型中关键的相位延迟函数,并根据速度将其表示为简单的分段函数.最终预测了横向流作用下间距比为1.375的平行三角形与正三角形管束结构的流弹失稳阈值,预测结果与文献中的实验结果吻合良好.该文提出的CFD-半解析模型混合方法同样适用于其他管束结构的流弹失稳预测,为蒸汽发生器传热管流弹失稳现象的研究提供了一种时间成本较低的预测方法.

关键词：流弹失稳蒸汽发生器相位延迟 CFD 半解析模型

正三角形排列管束结构流弹失稳流体力模型数值研究

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应用数学和力学 2020年第5期41卷 499-508页

作者：刘建张毅雄冯志鹏叶献辉陈果齐欢欢中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

研究了流弹失稳流体力模型.选取阻尼机理控制下的流弹稳定性问题为研究对象,在多种入口流速下对正三角形排列管束结构中单管可动情况的流致振动过程进行了模拟.用管子速度和位移的多项式函数作为流体力模型,结合流体力和管子位移数值模... 详细信息

研究了流弹失稳流体力模型.选取阻尼机理控制下的流弹稳定性问题为研究对象,在多种入口流速下对正三角形排列管束结构中单管可动情况的流致振动过程进行了模拟.用管子速度和位移的多项式函数作为流体力模型,结合流体力和管子位移数值模拟结果,计算了流体力系数.对不同流速工况下的流体力系数与流速之间的关系进行拟合,将流速的影响引入到流体力模型中.最终得到了与管子速度、位移以及入口流速相关的流体力模型.用建立起的流体力模型对管束结构流弹失稳临界流速进行了预测,结果较好.这种以管束结构流致振动数值仿真为基础,结合给定的函数形式建立起的流体力模型,能反映管束结构和流体相互作用过程中的主要特征,该模型对流弹失稳临界流速有一定的预测能力.

关键词：管束结构流致振动计算流体力学流体力模型流弹失稳

蒸汽发生器传热管束流弹失稳现象中的基础力学问题研究

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核动力工程 2022年第S1期43卷 103-110页

作者：杨世豪赖姜谭添才孙磊中国核动力研究设计院成都610213

为探讨管束的流弹失稳机理以及支承方式、内流载荷对流弹失稳的影响机制,本文综合考虑定常流弹力、内流激励和非定常流体力对传热管流致振动的影响,建立了复杂流体激励作用下传热管流致振动的理论模型,通过特征值稳定性理论获得了两相... 详细信息

为探讨管束的流弹失稳机理以及支承方式、内流载荷对流弹失稳的影响机制,本文综合考虑定常流弹力、内流激励和非定常流体力对传热管流致振动的影响,建立了复杂流体激励作用下传热管流致振动的理论模型,通过特征值稳定性理论获得了两相横流作用下的传热管流弹失稳机制,系统地分析了内流激励和非定常流体力对传热管流弹失稳机制的影响。研究表明,支承方式会影响失稳临界流速,但不会影响流弹失稳机制;管内流会使管束各阶模态耦合,高速内流会改变管束的失稳机制;非定常流体力作为一种强迫力在流弹失稳之前,可能引起管束的“拍振”现象,在工程设计时应考虑避免。

关键词：传热管束两相横流内流非定常流体力流弹失稳

核电厂蒸汽发生器传热管束流弹失稳评价关键参数分析及实验研究

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核科学与工程 2023年第2期43卷 428-437页

作者：熊光明朱勇谭蔚天津大学化工学院天津300350 中广核工程有限公司核电安全监控技术与装备国家重点实验室广东深圳518172 天津大学浙江研究院浙江宁波315201

针对某压水型核电厂新研发蒸汽发生器的传热管,采用ASME BPVC-Ⅲ推荐的半经验公式及相应参数取值,计算得到了悬臂传热管在空泡份额为0%(单相水)、10%、20%、50%、80%、90%下的流弹失稳临界流速。同时,设计开展了悬臂传热管阵在各空泡份... 详细信息

针对某压水型核电厂新研发蒸汽发生器的传热管,采用ASME BPVC-Ⅲ推荐的半经验公式及相应参数取值,计算得到了悬臂传热管在空泡份额为0%(单相水)、10%、20%、50%、80%、90%下的流弹失稳临界流速。同时,设计开展了悬臂传热管阵在各空泡份额下的流致振动实验,测得了传热管流弹失稳临界流速、动水中的振动阻尼比及固有频率等关键参数。实验中测得的振动阻尼比主要包含了两相阻尼与粘滞阻尼,随空泡份额的变化而变化,范围为1.51%~3.98%,考虑测量不确定度后,该值可用于本文所述蒸汽发生器设计,且具有一定的保守性。分析结果表明,规范推荐的公式及参数计算所得传热管流弹失稳临界流速和实验结果趋势相同、规律一致,前者较后者有较大的保守性,安全系数在1.5以上;采用实验测得的阻尼比及固有频率重新计算得到的临界流速安全系数有所下降,但仍高于1.1。通过实验和分析,讨论了文中所述新研发核电厂蒸汽发生器传热管束流弹失稳评价关键参数取值及分析方法的合理性与保守性,可用于工程产品的设计及分析。

关键词：蒸汽发生器传热管流弹失稳经验公式实验

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蒸汽发生器传热管流弹失稳计算

压力容器 2014年第11期31卷 39-44页

作者：韩同行左超平秦加明张兴辉深圳中广核工程设计有限公司广东深圳518172

蒸汽发生器管束一旦出现流弹失稳现象,可以在很短的时间内破坏传热管的完整性,影响核电站安全。因此,在设计蒸汽发生器时要预测与防止传热管流弹失稳现象。通过有限元软件ANSYS的梁单元建立传热管模型,进行模态分析并提取相关结果;然后... 详细信息

蒸汽发生器管束一旦出现流弹失稳现象,可以在很短的时间内破坏传热管的完整性,影响核电站安全。因此,在设计蒸汽发生器时要预测与防止传热管流弹失稳现象。通过有限元软件ANSYS的梁单元建立传热管模型,进行模态分析并提取相关结果;然后将模态分析的结果代入MATLAB计算传热管流弹不稳定率并和专用软件进行对比。该方法计算结果与专用软件吻合,且分析表明套筒开口区与弯管区流速对流弹不稳定率影响较大;管子高频时不易发生流弹失稳现象。

关键词：蒸汽发生器数值模拟流弹失稳模态分析