پيش بيني عددي ناپايداري الاستيك ـ سيال در دسته سيلندرهاي استوانه‏ اي در معرض جريان هاي عرضي

Numerical Prediction of Fluid-Elastic Instability in Tube Bundles under Cross Flows

ناپايداري الاستيك- سيال از جمله مكانيزم هاي مهم تحريك در دسته سيلندر مبدل هاي حرارتي در معرض جريان عرضي مي‏باشد كه مي-تواند منجر به ارتعاش با دامنه بالاي سيلندرها و در نهايت ويراني سازه شود. در مقاله حاضر، مرز شروع ناپايداري مذكور با حل جريان دوبعدي، غير دايمي، لزج و آشفته در اطراف دسته سيلندرهاي استوانه اي در چيدمان مثلثي نرمال (30 درجه در هفت حالت مختلف) به طور عددي پيش بيني شده است. شرايط ديناميكي شبيه سازي سيلندرها بر اساس آزمايش هاي انجام گرفته قبلي تنظيم شده است. به منظور حل ميدان جريان از روش حجم محدود در شبكه كارتزين استفاده شده و برهم كنش بين سازه و سيال به صورت كاملاً كوپل و به واسطه حل همزمان معادلات حاكم بر سيال و معادلات حركت سازه در هر گام زماني صورت پذيرفته است. مجموعه روش هاي به كارگرفته شده، متفاوت با معدود مطالعات عددي گذشته مي باشد. در نهايت، جريان اطراف اين دسته سيلندر استوانه اي به صورت عددي شبيه سازي و ضرايب برا و پسا، حداكثر سرعت شكاف، توزيع فشار، توزيع چرخش، خطوط جريان، مود ارتعاشي، خط سير سيلندر مرتعش و سرعت كاهش يافته در مرز ناپايداري محاسبه و آناليز شده اند.

Prediction of fluid-elastic instability is a great matter of importance in designing cross-flow tube bundles from the perspective of vibration. In the present paper, the threshold of fluid-elastic instability has been numerically predicted via simulation of incompressible, unsteady, and turbulent cross-flow through a tube bundle in a normal triangular arrangement. The conditions of simulation is the same as a previous experiment. A finite volume solver, based on Cartesian-staggered grid, has been implemented and the interactions between fluid and structure are solved fully coupled method of solving flow and structure equations in each time step. The fluid-elastic instability was predicted and analyzed by presenting the structural responses, trajectory of flexible cylinders, and critical reduced velocities.