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圆柱形结构受到内流或外流的冲击,由于表面流体力的变化而产生形变,形变反过来又会对流场分布产生影响,这就是流固耦合作用。本文通过CFD仿真,首先对单管的圆柱绕流流场进行模拟,研究其升阻力特性和管束下游的旋涡脱落现象。并采用双向流固耦合方法,分析不同流速下单管的振动特性以及频率响应,对轴向流动下单棒的流致振动特性进行研究。并与文献中的结果进行对比,验证数值模拟的可行性。最后对棒束、定位格架、搅浑翼片等结构进三维实体建模,并对之进行装配,通过抽壳方式进行流道的抽取。分别研究了带有定位格架和不带定位格架的燃料棒束的流致振动现象以及振动对流场的扰动。
通过对数值模拟的结果进行比较分析得出以下结论:对于单管的涡激振动而言,在阻力方向,管的流向变形在一定时间的衰减后到达新的平衡位置,最终以一定的振幅横向振动。在升力方向,管的轴向位移在一定时间后快速增大,单管开始失稳,并且在升力方向位移响应和升力时域曲线是吻合的,符合响应力与位移的关系。当流速超过一定临界值时,管子发生三维变形,并且开始斯特劳哈尔“8”字形振动,随着流速的增大,沿管流向的平衡位置不断向下移动。在一定的流速范围内(6m/s-8m/s),流体激励与管发生了共振,出现“频率锁定”效应。
通过对带有格架和不带格架的5×5燃料棒束进行建模,并对流场分布和棒束振动的进行模拟,得知棒束的振动对流场的影响可忽略,因此可将此模型简化为单向流固耦合分析。棒束的流致振动现象主要是由压力差引起的,定位格架的存在加剧了流场的扰动,使得棒束两侧出现更大的压力差引起更大的振动。
通过对数值模拟的结果进行比较分析得出以下结论:对于单管的涡激振动而言,在阻力方向,管的流向变形在一定时间的衰减后到达新的平衡位置,最终以一定的振幅横向振动。在升力方向,管的轴向位移在一定时间后快速增大,单管开始失稳,并且在升力方向位移响应和升力时域曲线是吻合的,符合响应力与位移的关系。当流速超过一定临界值时,管子发生三维变形,并且开始斯特劳哈尔“8”字形振动,随着流速的增大,沿管流向的平衡位置不断向下移动。在一定的流速范围内(6m/s-8m/s),流体激励与管发生了共振,出现“频率锁定”效应。
通过对带有格架和不带格架的5×5燃料棒束进行建模,并对流场分布和棒束振动的进行模拟,得知棒束的振动对流场的影响可忽略,因此可将此模型简化为单向流固耦合分析。棒束的流致振动现象主要是由压力差引起的,定位格架的存在加剧了流场的扰动,使得棒束两侧出现更大的压力差引起更大的振动。