一種換熱器紊流抖振響應(yīng)的計(jì)算方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種換熱器紊流抖振響應(yīng)的計(jì)算方法，所述方法包括：利用熱工水力系統(tǒng)分析軟件對(duì)換熱器二次側(cè)的流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，獲得所述二次側(cè)流體沿傳熱管分布的流場(chǎng)參數(shù)；基于所述流場(chǎng)參數(shù)和所述傳熱管的結(jié)構(gòu)參數(shù)，判斷所述流場(chǎng)參數(shù)是否屬于第一預(yù)設(shè)范圍和第二預(yù)設(shè)范圍；若所述流場(chǎng)參數(shù)屬于所述第一預(yù)設(shè)范圍和所述第二預(yù)設(shè)范圍，則利用公式(1)-公式(6)計(jì)算得到激振力的參考等效功率譜密度函數(shù)；基于密度函數(shù)利用隨機(jī)振動(dòng)理論，計(jì)算得到紊流抖振的振動(dòng)響應(yīng)的均方根值，利用所述均方根值進(jìn)行流致振動(dòng)評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)了換熱器紊流抖振響應(yīng)計(jì)算分析輸入更為合理，分析結(jié)果更為準(zhǔn)確的技術(shù)效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種換熱器紊流抖振響應(yīng)的計(jì)算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種換熱器紊流抖振響應(yīng)的計(jì)算方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在核能、火電、石油化工裝備中有大量的換熱裝置。這些換熱裝置在運(yùn)行過(guò)程中的 流致振動(dòng)問(wèn)題一直困擾著工程界。到目前為止，學(xué)術(shù)界比較認(rèn)同的流致振動(dòng)機(jī)理是"漩渦脫 落"、"紊流抖振"、"流體彈性不穩(wěn)定"、"聲共振"等。其中，由于紊流抖振的作用是長(zhǎng)期的且 無(wú)法避免，需要在核蒸汽發(fā)生器等換熱器的設(shè)計(jì)階段計(jì)算紊流抖振響應(yīng)，用于磨損和疲勞 分析，以預(yù)測(cè)換熱器長(zhǎng)期運(yùn)行的安全性。
[0003] 傳熱管管束的紊流抖振現(xiàn)象是指：換熱器殼側(cè)流體流經(jīng)管束時(shí)產(chǎn)生紊流，紊流中 脈動(dòng)變化的壓力和速度場(chǎng)不斷供給管子能量，管子吸收能量并產(chǎn)生振動(dòng)。紊流脈動(dòng)的頻率 范圍較寬且具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，紊流抖振響應(yīng)計(jì)算需要用到隨機(jī)振動(dòng)分析方法。
[0004] 在換熱器的流致振動(dòng)分析時(shí)，由于紊流引起的管束振動(dòng)幅值不大，通常將紊流抖 振視為弱流固耦合問(wèn)題，即首先確定流體激勵(lì)的功率譜密度（PSD)，再計(jì)算管束的隨機(jī)振動(dòng) 響應(yīng)。這里將流體作用在結(jié)構(gòu)上與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的流體力稱(chēng)為激振力。紊流抖振分析的關(guān) 鍵在于確定激振力的PSD。如果能夠得到激振力的PSD，就得到了管束振動(dòng)分析的激勵(lì)輸入 參數(shù)，再結(jié)合一定的假設(shè)條件，就可以根據(jù)隨機(jī)振動(dòng)理論，計(jì)算得到管束的振動(dòng)響應(yīng)，從而 可以進(jìn)一步評(píng)價(jià)由于紊流抖振引起的磨損和疲勞損傷。
[0005] 在單相流中，紊流激振力的實(shí)驗(yàn)研究開(kāi)展得較為充分。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，可以得到 不同的流體介質(zhì)和管束排列情況下的激振力。這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)理想的無(wú)量綱方法進(jìn)行比 對(duì)，就可以很自然的得到激振力的包絡(luò)譜。目前大家公認(rèn)的無(wú)量綱方法是用動(dòng)壓頭縮減激 振力，用節(jié)距流速與管徑的比來(lái)縮減頻率，即

【權(quán)利要求】
1. 一種換熱器紊流抖振響應(yīng)的計(jì)算方法，其特征在于，所述方法包括： 利用熱工水力系統(tǒng)分析軟件對(duì)換熱器二次側(cè)的流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，獲得所述二次側(cè)流體沿 傳熱管分布的流場(chǎng)參數(shù)； 基于所述流場(chǎng)參數(shù)和所述傳熱管的結(jié)構(gòu)參數(shù)，判斷所述流場(chǎng)參數(shù)是否屬于第一預(yù)設(shè)范 圍和第二預(yù)設(shè)范圍； 若所述流場(chǎng)參數(shù)屬于所述第一預(yù)設(shè)范圍和所述第二預(yù)設(shè)范圍，則利用公式（1)-公式 (6)計(jì)算得到激振力的參考等效功率譜密度函數(shù)ΦΜ/); 基于所述Φ%/')利用隨機(jī)振動(dòng)理論，計(jì)算得到紊流抖振的振動(dòng)響應(yīng)的均方根值，利用 所述均方根值進(jìn)行流致振動(dòng)評(píng)價(jià)； 其中，作用在管束上的兩相流激振力的無(wú)量綱參考等效功率譜密度的包絡(luò)譜 無(wú)量綱參考等效功率譜密度的上限為：
界面流速Vi定義為：
式中P i為液相的密度，g為重力加速度，D為管子直徑,有效管徑De定義為De = 2 (P-D)，P為管束相鄰管子的中心距（節(jié)距），f為管子的固有頻率，α H為均相流空泡份額， Jg和J1分別為管陣中的表觀(guān)流速，為單位管長(zhǎng)上激振力的等效參考功率譜密度，i'1為 ^的無(wú)量綱值，Dw為長(zhǎng)度尺度，fK為折合頻率，即f的一種無(wú)量綱值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)范圍具體為：均相流節(jié)距流 速位于0. 2?14m/s之間，所述第二預(yù)設(shè)范圍具體為：均相流空泡份額位于10?95%之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述流場(chǎng)參數(shù)具體包括：空泡份額、密度 和流速。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)參數(shù)具體為：所述傳熱管的各階 振型、頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述傳熱管結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠通過(guò)GB151和 TEM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中給出的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算獲得，或者通過(guò)商用有限元軟件計(jì)算得到。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104392067SQ201410758134
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】姜乃斌, 臧峰剛, 張毅雄 申請(qǐng)人:中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院