Streamwise Fluidelastic Instability of Tube Arrays Subjected to Two-Phase Flow

Les vibrations induites par les écoulements est une préoccupation majeure pour les concepteurs et les opérateurs des échangeurs de chaleur. Parmi les nombreux mécanismes d'excitation, l'instabilité fluide-élastique a été identifiée comme la source la plus catastrophique de défaillance de tube à court terme dans les faisceaux. Par conséquent, un certain nombre de théories ont été mis au point pour sa prédiction. Cependant, toutes ces théories ont été développées principalement pour l'écoulement de monophasique, même si les faisceaux de tubes dans les générateurs de vapeur fonctionnent principalement en écoulement diphasique. L'objectif principal de ce projet de recherche est donc d'étendre les modèles théoriques de l'instabilité fluide-élastique aux écoulements diphasique, en particulier, par l'instabilité fluideélastique dans le sens de l'écoulement avec de multiples tubes flexibles. Le modèle quasi-statique a été étudié dans le cadre du projet de recherche en cours. L'étude a été réalisée pour un faisceau de tube triangulaire tourné. Premièrement, des tests expérimentaux ont été réalisés afin de déterminer les forces quasistatiques sur une grappe de tubes soumis à un écoulement diphasique transverse eau-air. Les tests ont été effectués pour une série de taux de vide et un nombre de Reynolds (en fonction de la vitesse inter tubé), 4 Re  7.210 . Les forces obtenues et leurs dérivés spatiales en fonction de la position du tube central de la grappe ont ensuite été utilisées pour effectuer une analyse quasistatique de l'instabilité fluides-élastiques. Les vitesses prévues d'instabilité ont été jugés en assez bon accord avec les tests de stabilité dynamique. La stabilité du faisceau de tubes a été trouvée en fonction du nombre et de l'emplacement des tubes flexibles. Entant donné que l'effet du déphasage a été ignoré à ce stade, l'analyse a confirmé la prédominance du mécanisme contrôlé par la rigidité pour provoquer une instabilité fluide-élastique dans le sens de l'écoulement. L'effet de désaccorder dans les fréquences naturelles des tubes sur le seuil d'instabilité a aussi été exploré. On a constaté que cet effet a en général un effet stabilisant. Cependant, pour un grand écart initial dans une population de fréquences, il a été constaté qu'un plus petit échantillon tiré de la population plus large puisse parfois avoir un écart inférieur ou supérieur résultant d'une grande dispersion des valeurs possibles de la constante de stabilité.