[发明专利]一种在两相流作用下换热器流体弹性不稳定性的预测方法

权利要求书

1.一种在两相流作用下换热器流体弹性不稳定性的预测方法，其特征在于，该换热器流体弹性不稳定性的预测方法包括以下步骤：

S10，根据流管模型中的流管与换热器的换热管的初始接触点的一维坐标s₁、流管模型中流管的入口处的一维坐标s₀和换热管的外直径d₀得到流体弹性不稳定性的临界方程：

其中，为流管中的流体的临界对比流速，U₀为流体在流管入口位置的流速，为换热管的固有频率，w为换热管的角频率；为换热管的质量阻尼参数，m为换热管的单位长度质量，δ₀为换热管的对数衰减率，ρ为两相流体的平均密度，即流管中液体和气体的平均密度；A₀为入口单位长度稳态时的流管面积；

S11，若小于则换热器没有发生流体弹性不稳定性；否则，换热器发生了流体弹性不稳定性；其中，为流管中的流体的实际对比流速，V为流管中的流体的实际流速；

该换热器流体弹性不稳定性的预测方法还包括以下步骤：

S110，以为横坐标、为纵坐标，根据临界方程绘制换热器的管束动力不稳定图,换热器的管束动力不稳定图包括不稳定区域和稳定区域；

S111，将以为横坐标和为纵坐标的点绘制在换热器的管束动力不稳定图中；

S112，若位于换热器的管束动力不稳定图的稳定区域，则换热器没有发生流体弹性不稳定性；否则，换热器发生流体弹性不稳定性。

2.如权利要求1所述的预测方法，其特征在于：计算步骤S10的流体弹性不稳定性的临界方程的步骤如下：

S101,一维不稳定不可压缩流体的连续性方程为：

式中：

其中，s为流体的位置；t为时间；A₀为入口单位长度稳态时的流管面积；A_i(s,t)为第i个流管的非稳态时的流管面积，非稳态即换热器发生了流体弹性不稳定性，稳态即换热器没有发生流体弹性不稳定性；y₀为换热管的振幅；U_i(s,t)为第i个流管非稳态时流体的流速；U₀为流体在流管入口位置的流速；U(s)为稳态时和非稳态时的流速扰动量，即稳态时和非稳态时流速的改变量；为稳态时和非稳态时流速的相位差；为A_i(s,t)对t的偏微分；为A_i(s,t)对s的偏微分；

S102，由公式(2)和(3)得到如下公式：

S103，将公式(4)代入公式(5)可求得：

S104，流管中的流体对换热管的压力分布可用微分形式的能量方程来表示,一维不稳定不可压缩流体能量方程的微分方程为：

式中：

P_i(s,t)＝P₀+(-1)ⁱ⁺¹P(s)sin[wt+θ(s)]i＝1,2 (9)

其中，P_i(s,t)为第i个流管内的s位置处的流体在时间t时对换热管产生的非稳态压力；P₀为流管模型中流管的入口处的流体对换热管产生的压力；P(s)为压力扰动量，即非稳态时在s位置处流体对换热管产生的压力与稳态时在s位置处流体对换热管产生的压力改变量；θ(s)是压力相位差，即非稳态时在s位置处流体对换热管产生的压力的相位与稳态时在s位置处流体对换热管产生的压力的相位的改变量；

S105，将公式(4)、(6)和(7)代入公式(8)，并对公式(8)沿s进行积分，得到如下公式：

流体激振力F(t)：

其中，l为换热管的长度；s₂为流管模型中的流管与换热器的换热管的分离点的一维坐标；

S106，将公式(9)和(10)代入k公式(11)，令s₁等于s₂，则流体激振力F(t)：

换热管的振动方程为：

式中：k＝w²lm，y(t)＝y₀sin wt

其中，C为换热管的弹性系数；为换热管的弹性系数；y(t)为换热管在时间t的位移方程；U为流速扰动量；

S107，将公式(12)代入公式(13)，则换热管的振动方程的变化方程为：

其中，

S108，公式(14)两端同除得到流体弹性不稳定性的临界方程。