横掠水平管束间气-液两相流流型对流致振动激励的影响

在气-液两相流现有的Taitel流型图和Ulbrich&Mewes流型图的基础上,通过分析试验数据提出一种新的流型图,根据该流型图将垂直向上横掠水平管束的气-液两相流分为3种流型:泡状流、搅拌-泡状流和间歇流,给出这3种流型下的两相流作用在管束上的激励力的时间历程、功率谱密度曲线和功率谱密度峰值对应的Strouhal数...     

两相流作用下管束流致振动的3个关键力学问题

换热装置中的管束在流体力作用下会产生流致振动,过度的流致振动会导致换热器部件的损坏。尤其是核蒸汽发生器的U型弯管段处于两相流作用下,由于两相流和管束结构的复杂性以及两相流与复杂管束的强耦合作用,在研究两相流作用下的管束流致振动问题时,存在以下3个关键力学问题及难点:两相流力学模型的建立;流致振动关键动力学参数的获取;两相流流致振动机理的研究。将针对以上3点问题对管束两相流流致振动的研究进展进行综述和讨论,并提出待解决的问题。     

非均匀两相流传热管流致振动中阻尼模拟研究

在蒸汽发生器传热管流致振动分析时,由于传热管二次侧为汽水两相流,且空泡份额从下到上逐步增加,使得传热管上各位置的阻尼不同,需开展非均匀两相流中传热管的阻尼模拟研究。使用Pettigrew的两相流中管阻尼公式,结合典型实例中空泡份额沿传热管分布情况开展后续分析。传热管阻尼中的两相阻尼分量,分析了常用工程软件空泡份额处理方法阻尼高估的弊端,原因在于空泡份额影响系数的非线性。引入分段加权的方法,研究了不同分段长度的影响,表明应尽量减小分段长度。针对后续的分段（非均匀）阻尼加权等效问题,对比了工程方法和规范中不同加权因子的影响,彼此差异较小。开展了不同阻尼输入的流致振动分析结果比较,判断Pettigrew阻尼公式的适用性。由上述4个问题的研究给出推荐的非均匀两相流中传热管阻尼模拟方法,以更准确地开展传热管流致振动分析。      

非均匀两相流传热管流致振动中阻尼模拟研究

In the flow-induced vibration analysis of the heat exchanger tube of the stream generator, the damping of each position on the tube is different, since the secondary side of the tube is the two-phase flow (stream-water) and the void-fraction is gradually increased from bottom to top. It is necessary to study the simulation of the tube damping in non-uniform two-phase flow. The study is based on the Pettigrew's damping formula of tube in two-phase flow and the void-fraction distribution along the tube in the typical example. For the two-phase damping component of the tube damping, the disadvantage of damping overestimation of void-fraction processing method in common engineering software are analyzed. The reason is the nonlinearity of the void-fraction influence coefficient. The method of segmentation weighting void-fraction is developed. The effects of different segment lengths are studied, indicating that the section lengths should be minimized. For the subsequent segmentation damping weighting problem, the effects of different weighting factors in engineering methods and standards are compared, and the difference is small. The results of flow-induced vibration analysis with different damping inputs were compared to judge the applicability of Pettigrew's damping formula. From the above four researches, the recommended simulation method of the tube damping in non-uniform two-phase flow is given to more accurately carry out the flow-induced vibration analysis of heat exchanger tube.     

管束间空气-水两相流激振力特性及归一化方法研究

利用管束间空气-水两相流激振力的实验数据,研究了两相流激振力的部分特性,分析了混合物流速、空泡特征长度等两相流参数对两相流激振力的影响。结果表明,两相流激振力约与界面流速、混合物密度和混合物运动黏度呈正比,泡状流下激振力随气泡直径线性增长,证明两相流激振力的无量纲归一化可采用气泡数率作为频率缩比参数。基于上述两相流激振力的特性,从方便工程应用角度给出了两相流激振力的无量纲归一化方法,获得了较好的归一化效果。     

蒸汽发生器与热交换器流致振动

在蒸汽发生器和热交换器的设计阶段应避免可能导致管子破损的过大振动。所以，在制造壳管式热交换器前应全面分析流致振动。必须指出，管子振动应低于许可水平，并且没有难以接受的共振和流体弹性不稳定性。振动分析按以下步骤进行：1）计算流量分布；2州算动态参数（即阻尼、有效管子质量、动态刚度）；3）导出振动激励机理公式；4）预测振动响应；5）评估受损结果（即对比许可值）。文中对每一步都提出了适用的要求。本文可用于核蒸汽发生器以及二次侧有液体的壳管或热交换器。     

管束结构的流致振动特性研究

为研究管束结构的流致振动问题,利用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程及有限元方法离散结构动力学方程,结合动网格技术,建立了正方形顺排排列弹性管束流固耦合系统的三维数值模型,并研究了不同弹性管束模型的流体力及振动响应特性。结果表明,管束结构的排列方式对流体力及动力学响应有很大的影响,5管模型能基本反映弹性管束的振动特性,而单管模型预测的临界速度较大,却可定性反映节径比为1.5正方形管束的流致振动特性。     

螺旋式传热管束流致振动试验研究

对某溶液堆堆芯内呈纵向螺旋状盘绕的传热管束进行了流致振动试验研究,包括结构在空气中和静水中振动特性的计算和试验以及稳态和瞬态运行工况下的流致振动试验.试验结果表明,传热管束入、出口之间的压力差随流速的增加而增加,且上部固定连接端是相对薄弱的部位.在稳态运行时不会发生动力失稳,振动位移不会造成管束各管段之间发生接触碰撞,疲劳分析表明满足规范要求.瞬态响应最大振动位移和应变均比稳态运行时高两个数量级以上.     

管束流致振动分析的有限元方法

对流体中管束的振动问题提出一种新的分析方法，它克服了Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法在解决具有复杂边界条件的管束的流致振动时遇到的困难及有限元方法在计算流体弹性力时对有限元网格划分要求过于严格的不足。本方法与通用的结构分析有限元和谐结合，能解决工程中复杂的流致振动问题。     

起伏非线性振动下倾斜上升管内气液两相流流型转变分析

本文对不同起伏非线性振动条件下倾斜上升管内气液两相流流型及转变规律进行实验研究,借助高速摄影仪对起伏非线性振动状态下气液两相流的流型进行分类。结果表明,倾斜上升管气液两相流有弥散泡状流、起伏弹状流、准弹状流和液环式环状流4种。对弥散泡状流向起伏弹状流和准弹状流向液环式环状流的转变机理进行分析,在稳定状态转变机理的基础上引入振动参数,建立了考虑振动加速度的关系式。本文建立的流型转变关系式与实验结果吻合较好。     

螺旋管式换热器的流致振动研究

流体诱发振动广泛存在于管壳式换热设备中,而螺旋管式换热器由于体积小、换热效率高,近年来大量应用于各类工业换热设备。本文针对单根螺旋管进行流致振动分析,分别利用一维热工水力程序RELAP5、CFD软件FLUENT和有限元软件ANSYS计算螺旋管一、二次侧流体密度分布,一次侧流体的速度场和螺旋管模态振型,并在0、1、2、4、和8支承数下计算单根螺旋管的流弹失稳比和湍流抖振均方根位移比。计算结果表明,当螺旋管采用4个对称支承进行固定时可满足ASME流弹失稳和TEMA湍流抖振的设计标准。     

换热器管束流体激振研究的新思路

提出了一种快速简便地求解非定常粘性流方程的方法、以得到换热器管束复杂流道内作用于振动管子上的流体激振力。简述了如何将管束流动的流体弹性稳定性分析与工程实际的振动疲劳破坏相联系，以及怎样在求解流动基本方程的基础上分析管束复杂流道内的振荡压力传播。将求解复杂流动的快速方法—参数多项式方法与流体激振的全功能分析及振荡压力传播理论结合起来，为管束流体激振研究开拓了一个新的途径。     

中间换热器的传热和阻力特性

中间换热器在高温气冷堆氦气透平间接循环发电系统中是耦合高温气冷堆和氦气透平的关键部件,承担着将高温气冷堆中高温氦气的能量传递到氦气透平回路的任务.中间换热器给氦气透平的设计和运行维护带来方便,但它的传热与阻力性能不可避免地影响循环效率,因此,中间换热器的设计和选型需综合考虑传热效率、压力损失、材料性能和紧凑度等因素.本文介绍了印制板式换热器(PCHE)的主要特点,分析了它在间接循环系统中应用的可行性,重点研究了该中间换热器的传热和流动阻力特性,以及影响PCHE换热效率和压力损失的主要因素.在此基础上,提出了优化中间换热器传热和阻力特性的途径和方法.     

孔板对载流管道中流致振动的影响分析

以核电厂反应堆和乏燃料水池冷却和处理系统(PTR)传水管后管线所产生的振动问题为背景,根据工程实际参数,在不同流量、背压相同条件下,开展孔板单个局部阻力件诱发流体扰动产生的脉动压力激励和管道振动的试验.对管线的流场和压力场进行数值模拟,尤其是孔板的流动状况,并将模拟计算结果与试验结果进行分析比较.研究认为,随孔板节流度的增大,能谱增大.在没有其他激励源干扰的条件下,随流量增大,流体扰动增强,压力脉动的谱幅值增大.     

换热器传热管微振磨损的实验研究

在室温下的空气和水中实验研究了激励力幅比、激励力幅值、激励频率、支承间隙和支承板厚度对传热管碰撞力和磨损率的影响,建立了微振磨损率与碰撞力均方根值之间的实验关系式。     

基于固有频率分析的中间热交换器管束支撑设计

在进行示范快堆电站的中间热交换器(IHX)设计时,需考虑流致振动对管束的影响。在计算IHX换热管的固有频率时,空间弯管结构形式是一个技术难点。通过有限元方法,对中国实验快堆(CEFR)的IHX换热管固有频率进行了计算。通过对比分析,得到了合理的计算模型及其适用范围。通过敏感性分析,提出管束支撑方案的设计原则。     

中国核承压设备国产化现有基础及发展对策浅析

通过分析中国核承压设备国产化现状及存在的主要问题，提出只有充分总结和汲取过去发展核电的成功经验和深刻教训，切实采取制定国家核电发展长远和总体性规划、加大核电设备设计和制造科研攻关经费投入、强化核电设备国产化基础、加强核安全监管能力建设等措施．中国核承压设备才能真正实现国产化，核电产业才能持续发展。