%。
[0183]f(aH) = l-(ah-70)/30 aH>70%
[0184] 3建立并求解兩相橫向流彈失穩(wěn)的解析模型
[0185] 聶清德等人風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)：風(fēng)洞寬0. 25m，高0. 35m。試驗(yàn)段中的自由流速可達(dá)40m/s， 其上游的紊流度接近1 %。放在試驗(yàn)段中的管束分別按正方形、轉(zhuǎn)角三角形、轉(zhuǎn)角正方形、三 角形四種典型的方式布置，節(jié)徑比P/d為1. 25與1. 41。管子材料為T2紫銅，管長0. 39m， 直徑0. 022m。上端以螺紋連接的方法與上管板固定后呈自由懸掛狀，使管子的一階固有頻 率為90Hz。在距離管子的固定端20mm處，沿圓周且相應(yīng)于流向以及與流動(dòng)垂直的方向各粘 貼兩片箔式應(yīng)變片，采用半橋雙臂互補(bǔ)法聯(lián)接到動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的電橋盒上。管子振動(dòng)時(shí)，應(yīng)變 片電阻變化反映了管子自由端位移的大小，由此得到流速與管子振幅的關(guān)系曲線。相應(yīng)于 振幅陡然急劇增大時(shí)的流速，即為發(fā)生流體彈性不穩(wěn)定時(shí)的臨界流速V。，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參見表 1、表 2〇
[0186] 在Liming提出的單相橫向流彈失穩(wěn)顯式分析模型-"流管"模型的基礎(chǔ)上，提出 針對兩相橫向流彈失穩(wěn)的解析模型。熱交換器通常有四種典型的管陣幾何排列形式，對于 所有的幾何排列形式，解析模型的基本概念是相同的，排列形式只是影響模型中使用的試 驗(yàn)參數(shù)。對于平行三角形管束模型：
[0187] 3.1不穩(wěn)定流速
[0189] 式中Y，很多研宄已經(jīng)證明流體彈性不穩(wěn)定通常首先在升力方向（y方向）產(chǎn)生。
[0190] 假設(shè)柔性管在兩自由度方向以相同的固有頻率做簡諧運(yùn)動(dòng)
[0193]其中，aj^t) *a2(sm，t)分別是流管1和流管2在最小間隙處的面積微擾（面 積變小為正，變大為負(fù)。），它們由管子幾何參數(shù)定義。
[0195]方程的解為y(t) =Yeiut
[0196] 其中w是振動(dòng)復(fù)頻率。14=UQ/?nlQ是縮減速度，1 Q= 2s^頻率比'=?/? n， ?n是管子在靜水中的固有頻率，si是從振動(dòng)管到壓力擾動(dòng)可以忽略的位置的距離。
[0197] 由于擾動(dòng)衰減和時(shí)間衰減僅發(fā)生在"流管"路徑上，以下給出兩組針對平行三角形 管束的面積擾動(dòng)方程
[0201]f(s) = 1,sa^s^ss
[0202] 而管子運(yùn)動(dòng)和流體力之間的時(shí)間延遲通過相位函數(shù)來表示
[0204] 為了便于使用，在接下來的公式中將寫為供
[0207]
[0211]其中：
[0214] 3. 2非穩(wěn)態(tài)壓力的計(jì)算
[0216] 各分項(xiàng)計(jì)算：
[0218]
[0219] B2= (s「sa)A4/2
[0220] B3=(Sl-sa)A5
[0222] 將以上代入非穩(wěn)態(tài)壓力的積分計(jì)算表達(dá)式得：
[0224] 其中：
[0225] 〇!= -?rl〇UriB2
[0228] 3. 3作用在管子上的流體力
[0230] 計(jì)算各分項(xiàng)：
[0231] 為便于計(jì)算令
[0232]

[0235] 將以上各項(xiàng)代入流體力的計(jì)算公式可得：
[0237]Fy=Fh+FJ是復(fù)數(shù)形式表示的流體力，將上式代入公式
[0240] 中就可得到折合流速
和質(zhì)量阻尼比
之間的關(guān)系，及可得到的折合流速 與質(zhì)量阻尼比的關(guān)系曲線得到管束的穩(wěn)定區(qū)圖。對于一個(gè)確定的流管模型，質(zhì)量阻尼比是 確定，只需要計(jì)算出具體折合流速，然后判斷兩者確定的點(diǎn)，若在穩(wěn)定區(qū)圖內(nèi)，則說明蒸汽 發(fā)生器管束不會(huì)發(fā)生流彈失穩(wěn)，若兩者確定的點(diǎn)在穩(wěn)定區(qū)圖外，則說明蒸汽發(fā)生器管束將 發(fā)生流彈失穩(wěn)。值得注意的是以上推導(dǎo)過程是根據(jù)平行三角形管陣推導(dǎo)而來，對于旋轉(zhuǎn)三 角形管陣和旋轉(zhuǎn)方陣，流體力具有相同的形式，只需將上式流體力除以2c〇S(a)即可。 [0241] 根據(jù)以上橫向流彈失穩(wěn)的原理編制計(jì)算程序，并根據(jù)聶清德等人的試驗(yàn)參數(shù)繪制 出各種管束的穩(wěn)定區(qū)圖。由圖可見，對常見的四種管束，顯式解析模型方法的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié) 果基本一致。當(dāng)mS/pD2>5,基于當(dāng)前方法的結(jié)果相比試驗(yàn)結(jié)果更保守。當(dāng)mS/pD2〈5,計(jì) 算結(jié)果相對試驗(yàn)結(jié)果偏大，但是兩者之間的誤差并不是很顯著。結(jié)果表明，該顯式解析模型 繼承了Y-W"流管"模型的優(yōu)點(diǎn)，即具有較好的計(jì)算精度及需要較少的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種蒸汽發(fā)生器管束兩相橫向流彈失穩(wěn)分析方法，其特征在于，蒸汽發(fā)生器管束兩 相橫向流彈失穩(wěn)分析方法包括：建立兩相橫向流彈失穩(wěn)的顯式解析模型；確定求解該解析 模型所需要的兩相流計(jì)算參數(shù)；最后求解解析模型得到管束的穩(wěn)定區(qū)圖。2. 如權(quán)利要求1所述的一種蒸汽發(fā)生器管束兩相橫向流彈失穩(wěn)分析方法，其特征在 于，建立兩相橫向流彈失穩(wěn)的顯式解析模型中，為了考慮從中心管向外的面積微擾，采用以 下線性衰減函數(shù)f (s) - I, Sa^ s ^ s s 式中，曲線坐標(biāo)S用以表示流動(dòng)路徑；足夠遠(yuǎn)的上游位置為S1;流管在S a位置開始附著 于柔性管，并在Ss位置分離。3. 如權(quán)利要求1所述的一種蒸汽發(fā)生器管束兩相橫向流彈失穩(wěn)分析方法，其特征在 于，建立兩相橫向流彈失穩(wěn)的顯式解析模型中，擾動(dòng)衰減和時(shí)間衰減僅發(fā)生在"流管"路徑 上，以下給出兩組針對平行三角形管束的面積擾動(dòng)方程式中，f (s)為線性衰減函數(shù)，-管子運(yùn)動(dòng)和流體力之間的時(shí)間延遲通 過相位函數(shù)，:為擾動(dòng)衰減和時(shí)間衰減的相位函數(shù)，為擾動(dòng)衰減的相位函數(shù)。4. 如權(quán)利要求1所述的一種蒸汽發(fā)生器管束兩相橫向流彈失穩(wěn)分析方法，其特征在 于，確定求解該解析模型所需要的兩相流計(jì)算參數(shù)，根據(jù)均相流模型（HEM)假設(shè)，兩相流的 兩相充分混合，并且密度和溫度分布均勻，不存在氣相和液相的相對滑移，可將空泡份額定 義為：式中，Xa為真實(shí)含氣率，p 8和p i分別為氣相和液相的密度。5. 如權(quán)利要求1所述的一種蒸汽發(fā)生器管束兩相橫向流彈失穩(wěn)分析方法，其特征在 于，確定求解該解析模型所需要的兩相流計(jì)算參數(shù)，兩相流中多跨熱交換器管的阻尼包括 支撐阻尼Gs、粘性阻尼ζν和兩相阻尼ζ TP: ζ X= ζ S+ ζ V+ ζ TP 通量很高、空泡份額很大的情況下，支撐就可能是干的，此時(shí)只有摩擦阻尼存在，這種 情況下，支撐阻尼與氣體中的熱交換器管阻尼基本相同： ζ X= ζ S+ ζ V+ ζ TP 管和支撐之間存在液體時(shí)，支撐阻尼包括壓膜阻尼ζ SF又包括摩擦阻尼ζ F: 粘性阻尼：兩相阻尼比： 式中，P i是管和支撐間液體的密度，De是周圍管子的等效直徑，D是管子的外徑，m是單 位長度管子的總質(zhì)量，N是折流板的數(shù)目，包括用兩相流均相密度計(jì)算的水動(dòng)力附加質(zhì)量， Im是管子的特征長度，L是支承板寬度，f是管子的頻率，P TP是氣液兩相等效密度，υ τρ是 等效運(yùn)動(dòng)粘度，uTP= υ ^[l+ajjO^Ug-l)]，〇8和υ i分別為液相和氣相的運(yùn)動(dòng)黏度， 而f ( a H)的確定 f(aH) = aH/40 aH<40% f(a H) = I 40% 彡 a H彡 70%。 f (a H) = l-(a h-70)/30 aH>70%。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種蒸汽發(fā)生器管束兩相橫向流彈失穩(wěn)分析方法。本發(fā)明是為了克服核反應(yīng)堆蒸汽發(fā)生器換熱管流彈失穩(wěn)而導(dǎo)致的管束破壞問題，而提出一種蒸汽發(fā)生器管束兩相橫向流彈失穩(wěn)分析方法。該方法是在Liming提出的單相橫向流彈失穩(wěn)顯示分析模型-“流管”模型的基礎(chǔ)上，提出針對兩相橫向流彈失穩(wěn)的顯式解析模型，然后確定求解該解析模型所需要的兩相流計(jì)算參數(shù)，最后求解解析模型得到蒸汽發(fā)生器管束臨界折合流速和質(zhì)量阻尼比，從而得到穩(wěn)定區(qū)圖。一個(gè)確定的流管模型，質(zhì)量阻尼比是確定，只需要計(jì)算出具體折合流速，然后判斷兩者確定的點(diǎn)，若在穩(wěn)定區(qū)圖內(nèi)，則說明蒸汽發(fā)生器管束不會(huì)發(fā)生流彈失穩(wěn)，反之，則說明蒸汽發(fā)生器管束將發(fā)生流彈失穩(wěn)。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN104899387
【申請?zhí)枴緾N201510335090
【發(fā)明人】柳軍, 王偉, 桑果, 田晨, 郭小強(qiáng), 何星, 黃陳
【申請人】西南石油大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月17日