方形封閉旁支管流致聲共振試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究.pdf

1、封閉旁支管流致聲共振現(xiàn)象是流體流過特定結(jié)構(gòu)所形成的流聲耦合現(xiàn)象,在核電廠中聲共振現(xiàn)象可導(dǎo)致系統(tǒng)相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)破壞,從而危及系統(tǒng)的安全性?？紤]到核反應(yīng)堆相關(guān)部件的安全性,充分認(rèn)識流致聲共振現(xiàn)象的形成原因、產(chǎn)生機(jī)理和發(fā)生規(guī)律,對相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、主蒸汽管道設(shè)計具有十分重要的工程價值。
　　本文通過方形旁支管聲共振非可視化試驗(yàn)、流場可視化試驗(yàn)和計算流體動力學(xué)(CFD)模擬分析,研究封閉旁支管流致聲共振特征、流速和旁支管長度對聲共振的影

2、響,揭示聲共振現(xiàn)象成因、聲共振發(fā)生規(guī)律、流速和旁支管長影響作用,并對本文的數(shù)值模擬模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證,為聲共振的機(jī)理研究和工程設(shè)計提供指導(dǎo)和依據(jù)。
　　試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),旁支管口處形成的旋渦對旁支管后緣壁面的沖擊是旁支管結(jié)構(gòu)形成流致聲共振的根本原因。單個旁支管試驗(yàn)段聲共振工況表現(xiàn)出大幅值單音調(diào)的特征,頻譜中具有清晰可辨的主控頻率峰。旁支管內(nèi)發(fā)生共振時,共振聲波能夠向旁支管上游和下游傳播,向下游傳播的聲能高于向上游傳播的聲能。

3、　　單個旁支管聲共振工況共振頻率隨流速的分布中存在共振頻率隨流速階梯狀分布的“頻率鎖定現(xiàn)象”;聲共振中存在“滯回現(xiàn)象”,但對單個旁支管結(jié)構(gòu)影響不大。
　　旁支管長度增大,共振工況的聲壓幅值降低,聲共振頻率降低。聲共振現(xiàn)象發(fā)生在兩個St區(qū)域內(nèi):St=0.3-0.6和St=0.7-1.0。三個旁支管長(L=250mm,300mm和350mm)無量綱聲壓幅值最大的共振分別發(fā)生在St=0.45,0.41和0.43,且該幅值隨旁支管長度增大

4、逐漸減小。
　　數(shù)值模擬可以有效獲得旁支管口附近流場、聲共振工況下旁支管封閉端壓力脈動情況、旁支管聲共振中頻率分布“頻率鎖定現(xiàn)象”和水力模態(tài),但由于數(shù)值模擬過程中,認(rèn)為旁支管絕對剛性,聲波不會通過壁面損失能量,因而數(shù)值模擬所得聲壓幅值均高于試驗(yàn)結(jié)果。數(shù)值模擬所得聲壓幅值均高于試驗(yàn)結(jié)果。
　　本文針對單個旁支管聲共振現(xiàn)象進(jìn)行了相對完善的基礎(chǔ)研究,從特定測點(diǎn)和局部流場兩個方面分別采用非可視化試驗(yàn)和可視化試驗(yàn)的方法開展研究,并輔助