| Název: | A frequency dependent quasi-steady model with time delay estimation for fluidelastic instability of tube arrays |
| Autoři: | Eret, Petr |
| Datum vydání: | 2016 |
| Nakladatel: | Západočeská univerzita v Plzni |
| Typ dokumentu: | habilitační práce |
| URI: | http://hdl.handle.net/11025/51271 |
| Klíčová slova: | fluidní elastická nestabilita;trubkové svazky;kvazi-ustálenýmodel |
| Klíčová slova v dalším jazyce: | fluidelastic instability;tube arrays;quasi- steady approac |
| Abstrakt: | Pružně tekutinová nestabilita (PTN) má za následek rychlý nárůst amplitud výchylek vibrací trubkových svazků tepelných výměníků při kritické rychlosti proudění a může mít ničivý účinek v rozmezí několika hodin provozu. Tento nebezpečný jev byl také pozorován v jaderných reaktorech a proto se jedná o problém intenzivně zkoumaný již po celá desetiletí. Jedním z efektivních modelů PTN je kvazi-ustálený model elasticky uložené trubky s jedním stupněm volnosti v jinak pevném trubkovém svazku. Až doposud byla mez stability stanoven ́a tímto příıstupem necitlivá na frekvenci kmitání trubky s ohledem na okolní tekutinu, což v minulosti uvádělo badatele do rozpaků. Zaležitost je v této práci vyřešena jednoduchým modelem, který určuje přıznivě kritické rychlosti proudění pro různé konfigurace trubkových svazků. Je ukázáno, že mez stability vypočtená pro frekvenční poměr roven 1 (tj. frekvence mechanicko-tekutinového systému a vlastní frekvence systému jsou totožné) je možno považovat za spodní hranici stability u obtékání svazku trubek vzduchem a tento poměr může být trochu snížen při obtékání vodou. To vyhovuje konstruktér ům, protože lze během stanovení meze stability efekt tekutiny na frekvenci systému ignorovat, zvláště pro případ vzduchu. Nové meze stability jsou vhodnější než ty určené původním kvazi-ustáleným modelem a vykazují podobnost s kvazi-neustáleným konceptem, který je sám o sobě vylepšením kvazi-ustálené teorie. Model umožnuje určení časového zpoždění mezi výchylkou trubky a následně generovanou tekutinovou sílou na prahu nestability. Časové zpoždění je zásadním bodem kvazi-ustálené teorie a jeho velikost je analyzována na základě konvektivních a viskozních jevů. Bezrozměrné časové zpoždění asociované s konvekcí proudu, a vyjádřené v původním modelu pomocí parametru μ = 1, není shledáno konstantní pro plný rozsah diagramů stability. To je sice v rozporu v dřívějšími pracemi, ale souhlas mezi stávajícím modelem a experimentem podporují tento poznatek. Nicéně u většiny výsledků se shoduje velikost řádu μ ≈ O(1) s předpokladem uvedeném ve kvazi-ustálené teorii. Výstupy z analýzy také naznačují, že časové zpoždění spojené s viskozními jevy může souviset s tloušťkou mezní vrstvy nebo s turbulencí o malém měřítku, avšak hlubší studium bude nutné pro ověření závěrů. |
| Abstrakt v dalším jazyce: | Fluidelastic instability (FEI) is responsible for a rapid increase of heat exchanger tube array vibration amplitude at a critical flow velocity and can be destructive in a matter of hours. This dangerous flow-induced vibration mechanism occurred in many nuclear plants and is an intensively researched topic for many years. One of the most effective FEI models is the quasisteady approach of a single degree of freedom cylinder in an otherwise rigid tube array. Up till now the stability threshold estimated by this model was insensitive to frequency of oscillation of the cylinder in the fluid concerned; something that has perplexed researchers in the past. The issue is resolved in the present study by a simple model, which predicts favourably the critical flow velocities for various tube array configurations. It is shown that stability threshold for the frequency ratio of 1 (i.e. fluidelastic frequency of the coupled fluid-structure system and natural frequency of the structural system are the same) represents the lower bound of stability for air-flows and this ratio can be slightly reduced for water-flows. This is convenient for designers as the effect of fluidelastic frequency on the stability boundary can be in practice ignored, especially for air-flows. The lower bounds of stability obtained here are superior to those from the original quasi-steady model and similar to the quasi-unsteady approach, which is an improvement to the quasi-steady fluid dynamic theory. The model provides a calculation of time delay between the cylinder displacement and the fluid forces generated thereby at the onset of instability. The time delay is essential for the quasi-steady theory and its magnitude is analyzed in terms of flow convective and viscous effects. The time lag parameter μ associated with the flow convection is not found to be constant (i.e. μ 6 = 1) over the full range of mass damping ratio as applied in the previous works. However, the same order of magnitude of μ ≈ O(1) assumed in the quasi-steady model is observed in the majority of the results. The findings also suggest that the time lag for viscous effects could be related to the boundary layer thickness or small-scale turbulence and further work is necessary to support this conclusion. |
| Vyskytuje se v kolekcích: | Habilitační práce / Habilitation Thesis |
Soubory připojené k záznamu:
| Soubor | Popis | Velikost | Formát | |
|---|---|---|---|---|
| Petr_Eret_HP_FST.pdf | Plný text | 1,24 MB | Adobe PDF | Zobrazit/otevřít Vyžádat kopii |
Použijte tento identifikátor k citaci nebo jako odkaz na tento záznam:
http://hdl.handle.net/11025/51271Všechny záznamy v DSpace jsou chráněny autorskými právy, všechna práva vyhrazena.