Development of a Time Delay Formulation for Fluidelastic Instability Model

Les faisceaux de tubes dans les composants industriels, tels que les échangeurs de chaleur et les générateurs de vapeur sont susceptibles d'être endommagés en raison de l'instabilité fluides-élastiques. Cette étude porte sur la modélisation de l'instabilité fluides-élastiques dans des faisceaux de tubes soumis à un écoulement transverse. Il y a consensus sur le fait d'introduire un déphasage dans les modèles d'instabilité fluides-élastiques. Bien que ce déphasage soit l'un des paramètres clés dans les modèles d'instabilité fluides-élastiques, le phénomène physique qui en est responsable est encore mal compris, et il est expliqué de manière variée. Dans cette étude, une nouvelle formulation du déphasage pour des modèles quasi-stationnaire est dérivée dans le domaine fréquentiel sous la forme d'une fonction équivalente de Theodorsen. Les forces fluides instationnaires et quasi-statiques ont été mesurées pour développer l'expression du déphasage. L'effet du nombre de Reynolds sur les coefficients de force statique a également été étudié. Nous avons observé que la fonction de déphasage dépend également du nombre de Reynolds, ce qui implique que l'instabilité fluides-élastiques dépend aussi du nombre de Reynolds. Des comparaisons avec les fonctions de déphasage proposées dans les modèles quasi-stationnaire et quasi-instationnaires ont été faites. Un dépassement initial de la force de portance a été observé avec le modèle actuel. En utilisant la nouvelle expression du déphasage, l'effet du nombre de Reynolds sur l'instabilité fluides-élastiques était bien pris en considération. Une étude de stabilité a été réalisée afin de prédire la vitesse critique pour une variété de paramètres d'amortissement massique. La vitesse critique prédite pour l'instabilité fluides-élastiques a été comparée à d'autres modèles théoriques ainsi qu'à des données expérimentales de la littérature. Les résultats montrent une amélioration significative par rapport au modèle quasi-statique de déphasage constant et au modèle quasi-instationnaire. Cela confirme également la validité du modèle d'instabilité fluides-élastiques proposé et permet d'accorder de la fiabilité à la méthode.