[发明专利]一种管束结构流致振动的涡街频率与管间流速测试方法

权利要求书

1.一种管束结构流致振动的涡街频率与管间流速测试方法，其特征在于步骤如下：

步骤一，在作为试验件的管束结构上选择若干根测试管，根据前期管束结构流体仿真结果和经验判断选择流速较大区域，进行涡街流量传感器的布局；选择管束结构出入口处和V型拐弯处作为测量点；

步骤二，在涡街频率测点处将测试管沿径向切开，将涡街流量传感器安装于测试管的切口处，涡街流量传感器的两端分别与测试管的两个切口连接；

步骤三，在测试管同一圆周截面的管壁上打三个引压孔，测试管内部的三根导压管分别与三个引压孔相连，用于测量管间流速；

步骤四，涡街流量传感器连接的毛细引压管和引压孔连接的导压管均从测试管内端部引出，所述导压管均通过接插件分别与外部的差压变送器和差压传感器连接，其中，差压变送器用于管间流速测试，差压传感器用于涡街频率获取；

步骤五，将带测试管的管束结构整体装配完成后，持续加水压测试接插件的密封性，同时连接差压变送器和差压传感器至数据采集分析仪，测试流体压力信号是否正常；

步骤六，当接插件密封效果达到预期效果，且流体压力信号测试正常后，将试验件置于测试台架上，连接水循环系统，然后进行正式的流体压力信号采集工作，在不同的流速下进行管束结构流致振动试验，实时采集各导压管的流体压力，单次采集时间至少5min，每个工况重复次数至少5次；

步骤七，测试完成后，首先通过信号采集系统获得管壁上引压孔的压力值，根据公式(1)、(2)计算得到管间流速，其次分析涡街流量传感器中毛细引压管的流体压力变化信号，获得管两侧旋涡脱落区压差的变化频率，即旋涡脱落频率，最后与利用公式(3)计算的理论涡街频率对比，判断流致振动试验中有无理论涡街频率出现；

其中，公式(1)为：

其中，v表示来流方向速度，P0、P1分别表示导压管P0、导压管P1的管内压力，k表示修正系数，ρ表示流体密度；

管间流速数值与与横向流速和管束排列方式有关系，对于正三角形排列管束，其管间流速公式(2)如下：

式中P表示管中心距，V₀表示横向流速度，d表示测试管外径；

卡门涡街理论计算公式，见式(3)：

上式中f表示涡街频率，S_t为斯特劳哈尔数，与绕流物体几何结构有关，V是指管间流速，d为测试管外径。

2.根据权利要求1所述的一种管束结构流致振动的涡街频率与管间流速测试方法，其特征在于：所述涡街流量传感器需要根据测试管的管径大小进行定制，传感器外形应为与测试管径一样大小的圆柱形。

3.根据权利要求1或2所述的一种管束结构流致振动的涡街频率与管间流速测试方法，其特征在于：步骤二中，在测量点安装涡街流量传感器时，首先需将测试管的对应位置切断，然后在测试管的两个切断处分别连接安装座，通过安装座与涡街流量传感器的两端连接，以此完成涡街流量传感器的安装操作。

4.根据权利要求1所述的一种管束结构流致振动的涡街频率与管间流速测试方法，其特征在于：所述涡街流量传感器中存在若干根毛细引压管，用于压力信号的采集与分析，导压管连接完毕后均需进行密封处理，保证正式测试时压力信号的准确性。

5.根据权利要求1所述的一种管束结构流致振动的涡街频率与管间流速测试方法，其特征在于：步骤三中，所述三个引压孔位置与传感器安装位置相邻，且处于测试管同一圆周截面，中间孔正对来流方向，测试速度方向为垂直于测试管方向。

6.根据权利要求1所述的一种管束结构流致振动的涡街频率与管间流速测试方法，其特征在于：所述导压管长度为D，D的取值范围为：0D≤2m。

7.根据权利要求1所述的一种管束结构流致振动的涡街频率与管间流速测试方法，其特征在于：步骤六中，所述工况包括以设计额定流速为100％的工况，还包括流速为20％、50％、75％、125％、150％、175％或200％的阶梯等级工况。