Forces d'excitation vibratoire dans un faisceau de tubes en configuration triangulaire normale soumis à un écoulement diphasique.

Les écoulements diphasiques transverses existent dans de nombreux types d'échangeurs de chaleur. Ces écoulements diphasiques peuvent engendrer des vibrations de tubes qui pourraient aboutir à longs termes à un endommagement voir à une rupture. C'est ainsi important d'avoir des lignes directrices de design pour prévenir cet endommagement potentiel des tubes. Des études antérieures montrent que deux phénomènes peuvent causer la vibration des tubes en écoulement diphasique: les forces d'excitations aléatoires et les instabilités fluide-élastiques. Cependant, un troisième mécanisme, des forces quasi-périodiques ont été récemment observées dans un faisceau de tube en configuration triangulaire tournée. Pour la configuration triangulaire normale, des mouvements vibratoires causés par de la turbulence ainsi que par des instabilités fluide-élastiques ont bien été observés. Toutefois, certaines excitations vibratoires restent inexpliquées et pourraient provenir aussi de forces quasi-périodiques. La présente étude est un essai pour décrypter les forces provoquant ces mouvements vibratoires. Des mesures de forces d'excitations vibratoires ont été entreprises dans un faisceau de tubes en configuration triangulaire normale soumis à un écoulement diphasique transverse. Les forces dynamiques dans la direction de la portance et de la trainée ont été mesurées avec des cylindres instrumentés par des jauges de déformation. Le faisceau de tubes à un rapport de pas sur diamètre de 1.5, et le diamètre des tubes est de 38 mm. Un large éventail de taux de vide et de vitesses a été testé. Les expériences révèlent des forces périodiques significatives dans les directions de trainée et de portance. Des forces fluides à fréquences quasi-constantes ou dépendantes de la vitesse ont été découvertes en plus de l'excitation aléatoire. Les résultats ont été comparés à ceux obtenus pour des cylindres flexibles dans le même faisceau. Cette comparaison montre une influence importante de ces forces quasi-périodiques sur le mouvement vibratoire des tubes. Toutes ces forces sont analysées et caractérisées pour en comprendre l'origine. C'est pourquoi les forces rms ainsi que les fréquences dominantes sont comparés avec différents paramètres tels que la vitesse ou la force cinétique du fluide.