一种换热器紊流抖振响应的计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种换热器紊流抖振响应的计算方法，所述方法包括：利用热工水力系统分析软件对换热器二次侧的流场进行计算，获得所述二次侧流体沿传热管分布的流场参数；基于所述流场参数和所述传热管的结构参数，判断所述流场参数是否属于第一预设范围和第二预设范围；若所述流场参数属于所述第一预设范围和所述第二预设范围，则利用公式(1)-公式(6)计算得到激振力的参考等效功率谱密度函数；基于密度函数利用随机振动理论，计算得到紊流抖振的振动响应的均方根值，利用所述均方根值进行流致振动评价，实现了换热器紊流抖振响应计算分析输入更为合理，分析结果更为准确的技术效果。
【专利说明】一种换热器紊流抖振响应的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及反应堆结构力学领域，尤其涉及一种换热器紊流抖振响应的计算方 法。
【背景技术】
[0002] 在核能、火电、石油化工装备中有大量的换热装置。这些换热装置在运行过程中的 流致振动问题一直困扰着工程界。到目前为止，学术界比较认同的流致振动机理是"漩涡脱 落"、"紊流抖振"、"流体弹性不稳定"、"声共振"等。其中，由于紊流抖振的作用是长期的且 无法避免，需要在核蒸汽发生器等换热器的设计阶段计算紊流抖振响应，用于磨损和疲劳 分析，以预测换热器长期运行的安全性。
[0003] 传热管管束的紊流抖振现象是指：换热器壳侧流体流经管束时产生紊流，紊流中 脉动变化的压力和速度场不断供给管子能量，管子吸收能量并产生振动。紊流脉动的频率 范围较宽且具有很强的随机性，紊流抖振响应计算需要用到随机振动分析方法。
[0004] 在换热器的流致振动分析时，由于紊流引起的管束振动幅值不大，通常将紊流抖 振视为弱流固耦合问题，即首先确定流体激励的功率谱密度（PSD)，再计算管束的随机振动 响应。这里将流体作用在结构上与结构运动无关的流体力称为激振力。紊流抖振分析的关 键在于确定激振力的PSD。如果能够得到激振力的PSD，就得到了管束振动分析的激励输入 参数，再结合一定的假设条件，就可以根据随机振动理论，计算得到管束的振动响应，从而 可以进一步评价由于紊流抖振引起的磨损和疲劳损伤。
[0005] 在单相流中，紊流激振力的实验研究开展得较为充分。通过大量的实验，可以得到 不同的流体介质和管束排列情况下的激振力。这些实验数据通过理想的无量纲方法进行比 对，就可以很自然的得到激振力的包络谱。目前大家公认的无量纲方法是用动压头缩减激 振力，用节距流速与管径的比来缩减频率，即
【权利要求】
1. 一种换热器紊流抖振响应的计算方法，其特征在于，所述方法包括： 利用热工水力系统分析软件对换热器二次侧的流场进行计算，获得所述二次侧流体沿 传热管分布的流场参数； 基于所述流场参数和所述传热管的结构参数，判断所述流场参数是否属于第一预设范 围和第二预设范围； 若所述流场参数属于所述第一预设范围和所述第二预设范围，则利用公式（1)-公式 (6)计算得到激振力的参考等效功率谱密度函数ΦΜ/); 基于所述Φ%/')利用随机振动理论，计算得到紊流抖振的振动响应的均方根值，利用 所述均方根值进行流致振动评价； 其中，作用在管束上的两相流激振力的无量纲参考等效功率谱密度的包络谱 无量纲参考等效功率谱密度的上限为：
界面流速Vi定义为：
式中P i为液相的密度，g为重力加速度，D为管子直径,有效管径De定义为De = 2 (P-D)，P为管束相邻管子的中心距（节距），f为管子的固有频率，α H为均相流空泡份额， Jg和J1分别为管阵中的表观流速，为单位管长上激振力的等效参考功率谱密度，i'1为 ^的无量纲值，Dw为长度尺度，fK为折合频率，即f的一种无量纲值。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预设范围具体为：均相流节距流 速位于0. 2?14m/s之间，所述第二预设范围具体为：均相流空泡份额位于10?95%之间。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流场参数具体包括：空泡份额、密度 和流速。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结构参数具体为：所述传热管的各阶 振型、频率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传热管结构参数能够通过GB151和 TEM相关标准规范中给出的计算方法进行计算获得，或者通过商用有限元软件计算得到。
【文档编号】G06F17/50GK104392067SQ201410758134
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】姜乃斌, 臧峰刚, 张毅雄 申请人:中国核动力研究设计院