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基于动态模态分解方法的正方形排列管束流体弹性不稳定性研究

冯志鹏 熊夫睿 赵燮霖 蔡逢春 周进雄

冯志鹏, 熊夫睿, 赵燮霖, 蔡逢春, 周进雄. 基于动态模态分解方法的正方形排列管束流体弹性不稳定性研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(S2): 104-108. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0104
引用本文: 冯志鹏, 熊夫睿, 赵燮霖, 蔡逢春, 周进雄. 基于动态模态分解方法的正方形排列管束流体弹性不稳定性研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(S2): 104-108. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0104
Feng Zhipeng, Xiong Furui, Zhao Xielin, Cai Fengchun, Zhou Jinxiong. Investigation on Fluidelastic Instability of Square Tube Bundle Based on Dynamic Mode Decomposition Method[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(S2): 104-108. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0104
Citation: Feng Zhipeng, Xiong Furui, Zhao Xielin, Cai Fengchun, Zhou Jinxiong. Investigation on Fluidelastic Instability of Square Tube Bundle Based on Dynamic Mode Decomposition Method[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(S2): 104-108. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0104

基于动态模态分解方法的正方形排列管束流体弹性不稳定性研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0104
基金项目: 中核集团青年英才项目;四川省自然科学基金(2022NSFSC1182)
详细信息
    作者简介:

    冯志鹏(1986—),男,研究员级高级工程师,现从事流致振动研究工作,E-mail: fengzhipengchn@163.com

  • 中图分类号: O322;TL352

Investigation on Fluidelastic Instability of Square Tube Bundle Based on Dynamic Mode Decomposition Method

  • 摘要: 针对目前流体弹性不稳定性研究主要依赖宏观响应,缺乏从更本质层面判定稳定性技术手段的问题,以正方形排列管束为研究对象,首先,在已建立的三维流固耦合数值模型的基础上,获得了各管的振动响应与流体力特性,研究了管束的宏观响应特性;其次,引入动态模态分解(DMD)方法对流固耦合系统进行降阶分解与重构预测,进而从宏观响应和DMD模态2个层面研究了管束的流体弹性不稳定性。结果表明,DMD方法不仅可以实现对流场动力学特征的快速重构及预测,还可以准确提取不稳定流场的主导模态和频率,并能判断所提取模态的稳定性,与宏观响应相互应证,能更全面地反映系统的稳定性。

     

  • 图  1  正方形排列管束的流场区域及网格示意图

    Figure  1.  Schematic Diagram of Flow Field Area and Mesh of Square Tube Bundle

    图  2  初始时刻的网格及各管编号

    Figure  2.  Mesh at Initial Time and Tube Numbering

    图  3  振动响应的计算值与实验值对比

    Figure  3.  Comparison between Calculated and Experimental Values of Vibration Response

    图  4  Ax/DAy/DUpr的变化

    Figure  4.  Variation of Ax/D and Ay/D with Upr

    图  5  CdRMSClRMSUpr的变化

    Figure  5.  Variation of CdRMS and ClRMS with Upr

    图  6  第二行管的流向位移时程

    Figure  6.  Streamwise Displacement of Second-Row Tubes

    图  7  第二行管的横向位移时程

    Figure  7.  Transverse Displacement of Second-Row Tubes

    图  8  采样时刻与预测时刻

    Figure  8.  Sampling Time and Predicting Time

    图  9  DMD不同模态数量预测结果与CFD计算值的相对误差      

    Figure  9.  Relative Error between Predicted Results with Different DMD Modes and Calculated Values of CFD

    图  10  失稳前后DMD特征值(λ)的实部和虚部在单位圆上的分布

    Figure  10.  Real and Imaginary Parts of DMD Eigenvalues λ on Unit Circle before and after Instability

    图  11  放大率和频率在二维空间中的分布

    Figure  11.  Distribution of Magnification and Frequency in Two-dimensional Space

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出版历程
  • 收稿日期:  2023-07-11
  • 修回日期:  2023-09-08
  • 刊出日期:  2023-12-30

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