%。
[0183]f(aH) = l-(ah-70)/30 aH>70%
[0184] 3建立并求解两相横向流弹失稳的解析模型
[0185] 聂清德等人风洞实验：风洞宽0. 25m，高0. 35m。试验段中的自由流速可达40m/s， 其上游的紊流度接近1 %。放在试验段中的管束分别按正方形、转角三角形、转角正方形、三 角形四种典型的方式布置，节径比P/d为1. 25与1. 41。管子材料为T2紫铜，管长0. 39m， 直径0. 022m。上端以螺纹连接的方法与上管板固定后呈自由悬挂状，使管子的一阶固有频 率为90Hz。在距离管子的固定端20mm处，沿圆周且相应于流向以及与流动垂直的方向各粘 贴两片箔式应变片，采用半桥双臂互补法联接到动态应变仪的电桥盒上。管子振动时，应变 片电阻变化反映了管子自由端位移的大小，由此得到流速与管子振幅的关系曲线。相应于 振幅陡然急剧增大时的流速，即为发生流体弹性不稳定时的临界流速V。，实验数据参见表 1、表 2〇
[0186] 在Liming提出的单相横向流弹失稳显式分析模型-"流管"模型的基础上，提出 针对两相横向流弹失稳的解析模型。热交换器通常有四种典型的管阵几何排列形式，对于 所有的几何排列形式，解析模型的基本概念是相同的，排列形式只是影响模型中使用的试 验参数。对于平行三角形管束模型：
[0187] 3.1不稳定流速
[0189] 式中Y，很多研宄已经证明流体弹性不稳定通常首先在升力方向（y方向）产生。
[0190] 假设柔性管在两自由度方向以相同的固有频率做简谐运动
[0193]其中，aj^t) *a2(sm，t)分别是流管1和流管2在最小间隙处的面积微扰（面 积变小为正，变大为负。），它们由管子几何参数定义。
[0195]方程的解为y(t) =Yeiut
[0196] 其中w是振动复频率。14=UQ/?nlQ是缩减速度，1 Q= 2s^频率比'=?/? n， ?n是管子在静水中的固有频率，si是从振动管到压力扰动可以忽略的位置的距离。
[0197] 由于扰动衰减和时间衰减仅发生在"流管"路径上，以下给出两组针对平行三角形 管束的面积扰动方程
[0201]f(s) = 1,sa^s^ss
[0202] 而管子运动和流体力之间的时间延迟通过相位函数来表示
[0204] 为了便于使用，在接下来的公式中将写为供
[0207]
[0211]其中：
[0214] 3. 2非稳态压力的计算
[0216] 各分项计算：
[0218]
[0219] B2= (s「sa)A4/2
[0220] B3=(Sl-sa)A5
[0222] 将以上代入非稳态压力的积分计算表达式得：
[0224] 其中：
[0225] 〇!= -?rl〇UriB2
[0228] 3. 3作用在管子上的流体力
[0230] 计算各分项：
[0231] 为便于计算令
[0232]
[0235] 将以上各项代入流体力的计算公式可得：
[0237]Fy=Fh+FJ是复数形式表示的流体力，将上式代入公式
[0240] 中就可得到折合流速
和质量阻尼比
之间的关系，及可得到的折合流速 与质量阻尼比的关系曲线得到管束的稳定区图。对于一个确定的流管模型，质量阻尼比是 确定，只需要计算出具体折合流速，然后判断两者确定的点，若在稳定区图内，则说明蒸汽 发生器管束不会发生流弹失稳，若两者确定的点在稳定区图外，则说明蒸汽发生器管束将 发生流弹失稳。值得注意的是以上推导过程是根据平行三角形管阵推导而来，对于旋转三 角形管阵和旋转方阵，流体力具有相同的形式，只需将上式流体力除以2c〇S(a)即可。 [0241] 根据以上横向流弹失稳的原理编制计算程序，并根据聂清德等人的试验参数绘制 出各种管束的稳定区图。由图可见，对常见的四种管束，显式解析模型方法的结果与试验结 果基本一致。当mS/pD2>5,基于当前方法的结果相比试验结果更保守。当mS/pD2〈5,计 算结果相对试验结果偏大，但是两者之间的误差并不是很显著。结果表明，该显式解析模型 继承了Y-W"流管"模型的优点，即具有较好的计算精度及需要较少的试验数据。
【主权项】
1. 一种蒸汽发生器管束两相横向流弹失稳分析方法，其特征在于，蒸汽发生器管束两 相横向流弹失稳分析方法包括：建立两相横向流弹失稳的显式解析模型；确定求解该解析 模型所需要的两相流计算参数；最后求解解析模型得到管束的稳定区图。2. 如权利要求1所述的一种蒸汽发生器管束两相横向流弹失稳分析方法，其特征在 于，建立两相横向流弹失稳的显式解析模型中，为了考虑从中心管向外的面积微扰，采用以 下线性衰减函数f (s) - I, Sa^ s ^ s s 式中，曲线坐标S用以表示流动路径；足够远的上游位置为S1;流管在S a位置开始附着 于柔性管，并在Ss位置分离。3. 如权利要求1所述的一种蒸汽发生器管束两相横向流弹失稳分析方法，其特征在 于，建立两相横向流弹失稳的显式解析模型中，扰动衰减和时间衰减仅发生在"流管"路径 上，以下给出两组针对平行三角形管束的面积扰动方程式中，f (s)为线性衰减函数，-管子运动和流体力之间的时间延迟通 过相位函数，:为扰动衰减和时间衰减的相位函数，为扰动衰减的相位函数。4. 如权利要求1所述的一种蒸汽发生器管束两相横向流弹失稳分析方法，其特征在 于，确定求解该解析模型所需要的两相流计算参数，根据均相流模型（HEM)假设，两相流的 两相充分混合，并且密度和温度分布均匀，不存在气相和液相的相对滑移，可将空泡份额定 义为：式中，Xa为真实含气率，p 8和p i分别为气相和液相的密度。5. 如权利要求1所述的一种蒸汽发生器管束两相横向流弹失稳分析方法，其特征在 于，确定求解该解析模型所需要的两相流计算参数，两相流中多跨热交换器管的阻尼包括 支撑阻尼Gs、粘性阻尼ζν和两相阻尼ζ TP: ζ X= ζ S+ ζ V+ ζ TP 通量很高、空泡份额很大的情况下，支撑就可能是干的，此时只有摩擦阻尼存在，这种 情况下，支撑阻尼与气体中的热交换器管阻尼基本相同： ζ X= ζ S+ ζ V+ ζ TP 管和支撑之间存在液体时，支撑阻尼包括压膜阻尼ζ SF又包括摩擦阻尼ζ F: 粘性阻尼：两相阻尼比： 式中，P i是管和支撑间液体的密度，De是周围管子的等效直径，D是管子的外径，m是单 位长度管子的总质量，N是折流板的数目，包括用两相流均相密度计算的水动力附加质量， Im是管子的特征长度，L是支承板宽度，f是管子的频率，P TP是气液两相等效密度，υ τρ是 等效运动粘度，uTP= υ ^[l+ajjO^Ug-l)]，〇8和υ i分别为液相和气相的运动黏度， 而f ( a H)的确定 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%。
【专利摘要】本发明涉及一种蒸汽发生器管束两相横向流弹失稳分析方法。本发明是为了克服核反应堆蒸汽发生器换热管流弹失稳而导致的管束破坏问题，而提出一种蒸汽发生器管束两相横向流弹失稳分析方法。该方法是在Liming提出的单相横向流弹失稳显示分析模型-“流管”模型的基础上，提出针对两相横向流弹失稳的显式解析模型，然后确定求解该解析模型所需要的两相流计算参数，最后求解解析模型得到蒸汽发生器管束临界折合流速和质量阻尼比，从而得到稳定区图。一个确定的流管模型，质量阻尼比是确定，只需要计算出具体折合流速，然后判断两者确定的点，若在稳定区图内，则说明蒸汽发生器管束不会发生流弹失稳，反之，则说明蒸汽发生器管束将发生流弹失稳。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN104899387
【申请号】CN201510335090
【发明人】柳军, 王伟, 桑果, 田晨, 郭小强, 何星, 黄陈
【申请人】西南石油大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月17日