[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

说明书

本发明涉及换热器领域，具体是涉及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。由流管模型得到流体弹性不稳定性的临界方程，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。只要将流体的实际对比流速绘制在管束动力不稳定图中，即可判断出换热管是否发生了流体弹性不稳定性，以便及时更换发生了流体弹性不稳定性的换热管，防止换热管在疲劳状态下继续使用，保证换热器的正常使用。

技术领域

本发明涉及换热器领域，具体是涉及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。

背景技术

换热器内的换热管在其周围流体的作用下发生位移，使得流场发生变化，即流体运动所占据的空间发生变化，这导致作用在换热管上的流体作用力发生变化。当流体的流速达到临界值时，换热管吸收流体力的能量大于其阻尼消耗的能量，那么流体弹性失稳会使换热管的振幅大幅度增加，从而在短时间内导致换热管的疲劳破坏。

换热器内的流体为两相流时，两相流即液体和气体，不能预测换热器流体弹性不稳定性，会导致换热管在疲劳状态下继续使用，进而导致换热管的破损，最终影响换热器的使用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了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。能够预测出换热器流体弹性不稳定性，防止换热管在疲劳状态下继续使用，保证换热器的正常使用。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

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，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；

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。

进一步，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；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，稳态，即换热器没有发生流体弹性不稳定性；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：