[发明专利]基于量级分析的小间隙结构挤压膜力的计算方法及系统

权利要求书

1.基于量级分析的小间隙结构挤压膜力的计算方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一：将小间隙支撑结构简化为无限长直同心圆柱；

步骤二：基于量级分析法在无限长直同心圆柱的几何边界下求解二维Navier-Stokes方程，获得适用于所述小间隙结构的挤压膜力模型；

步骤三：基于挤压膜力模型计算出小间隙结构的挤压膜力。

2.根据权利要求1所述的基于量级分析的小间隙结构挤压膜力的计算方法，其特征在于，所述小间隙结构包括：振动管件、支撑件和防振件；

所述防振件用于限制振动管件的振动幅度，支撑件用以提供振动管件的横向刚度；

振动管件与支撑件或防振件之间具有间隙，且间隙内具有间隙流体。

3.根据权利要求2所述的基于量级分析的小间隙结构挤压膜力的计算方法，其特征在于，振动管件的直径至少超过间隙尺度的10％，且间隙流体为单一均匀流体，流动绝热不可压缩。

4.根据权利要求3所述的基于量级分析的小间隙结构挤压膜力的计算方法，其特征在于，所述振动管件为核反应堆一回路系统中蒸汽发生器的传热管，所述传热管为圆柱形，所述间隙流体为蒸汽发生器二次侧的水。

5.根据权利要求3所述的基于量级分析的小间隙结构挤压膜力的计算方法，其特征在于，步骤二包括以下子步骤：

步骤2.1，沿无限长直同心圆柱的径向积分平均Navier-Stokes连续性方程获得间隙流体的周向平均流速；

步骤2.2，以无限长直同心圆柱的边界速度为基准，假定间隙流体的径向速度与周向速度的径向剖面，分离径向自变量与其他自变量；

步骤2.3，估计间隙流体径向速度和周向速度的各阶时空导数、系数及系数的各阶导数；

步骤2.4，将步骤2.3获得的数据带入动量方程，并沿无限长直同心圆柱的内边界周线积分，获得挤压膜力在小间隙时，整体具有无量纲间隙一次方精度的表达式，作为挤压膜力模型。

6.根据权利要求5所述的基于量级分析的小间隙结构挤压膜力的计算方法，其特征在于，间隙流体的周向平均流速根据下式获取：

其中为间隙流体在周向的径向平均流速，r表示极坐标中的极径，θ表示极坐标中的角度，u_r表示间隙流体的径向速度，u_θ表示间隙流体的周向速度，b表示支撑件的半径，h表示间隙流体的厚度。

7.根据权利要求6所述的基于量级分析的小间隙结构挤压膜力的计算方法，其特征在于，根据下式分离径向自变量与其他自变量：

其中A(r)表示间隙流体径向速度的系数，B(r)表示间隙流体周向速度的系数，c表示振动管件平衡状态下与支撑件或防振件之间的间隙，表示振动管件的无量纲偏心度函数e(t)/c关于时间的一阶导数，ω表示振动管件的振动特征频率。

8.根据权利要求7所述的基于量级分析的小间隙结构挤压膜力的计算方法，其特征在于，所述挤压膜力模型表示为：

其中，

其中

e表示振动管件的偏心度，e(t)表示振动管件的偏心度关于时间t的函数，e′表示e(t)关于时间的一阶导数，e″表示e(t)关于时间的二阶导数，e₀≡||e||＜c表示振动代表振幅,D表示带量纲的单位长度挤压膜力，ρ是间隙流体的密度，ν是间隙流体的运动学粘度；

常数描述周向速度在内边界处的径向剖面估计，B′(b-h)表示周向速度系数在振动管件表面的径向导数值，常数描述周向速度的径向平均剖面的估计，B″(r)表示周向速度系数的径向二阶导数。