پيش‌بيني عددي ارتعاش در دسته سيلندر استوانه‏اي منعطف تحت جريان دوفازي عرضي با مدل تعادلي همگن

Numerical prediction of vibration in flexible tube bundles under two phase cross flow with HEM

ناپايداري الاستيك – سيال از جمله مكانيزم‌هاي مهم تحريك در دسته سيلندر مبدل‌هاي حرارتي در معرض جريان عرضي است كه منجر به ارتعاش با دامنه بالاي سيلندرها ونهايتاً ويراني سازه مي‌شود. جريان در طول مبدل هاي حرارتي بيشتر به صورت جريان دوفازي است. مطالعه عددي جريان‌هاي دوفازي به‌دليل وجود پارامترهاي نظير كسر حجمي و نوع ارتباط دو فاز در سطح مشترك از پيچيدگي زيادي برخوردار است. مطالعات آزمايشگا هي بر روي جريانهاي دوفازي بسيار پرهزينه و مشكل است، لذا استفاده از مدل‌هاي رياضي مناسب براي بررسي عدي جريان دوفازي از اهميت بالايي برخوردار است. در مقاله حاضر مرز ارتعاش يك سيلندر منعطف با حل جريان دو بعدي، ناپايا، لزج و آشفته در اطراف دسته سيلندرهاي استوانه‌اي در چيدمان مثلثي نرمال (30 درجه) به طور عددي شبيه‌سازي شده است. بر هم‌كنش بين سازه و سيال به صورت كوپل صورت پذيرفته است. براي تحليل جريان دوفازي از مدل رياضي همگن استفاده شده است. در مدل همگن فرض مي شود كه اختلاف سرعتي بين فاز مايع و فاز گاز موجود نيست. براي بررسي رفتار جريان دوفازي با مدل همگن، سرعت بحراني كاهش يافته حول يك سيلندر منعطف احاطه شده توسط دسته سيلندر صلب و منعطف مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهد كه با افزايش كسر حجمي براي جريان، دامنه ارتعاش كاهش يافته و سرعت بحراني افزايش مي يابد.

Fluid-Elastic Instability is the most important mechanism among the vibration excitations in heat exchanger tube bundles subjected to cross flow. Flows through the heat exchanger are mostly two phase flow like air-water, vapor-water or Freon. Two phase numerical methods are quite complicated because of some parameters like VOF and interaction between two phases. Experimental studies are another problem and costly. Therefore, numerical methods are very important for studying two phase flow. In this article, threshold of vibration has been numerically predicted by simulation of incompressible, viscose, and unsteady cross flow through a tube bundle in normal triangular arrangement. Interactions between the fluid and the structure have been counted in a fully coupled manner. HEM was used for analyzing two phase flow. In HEM method there is no difference in velocity between gas and fluid. In this study, two phase flow with HEM was solved around a single flexible cylinder surrounded by rigid and flexible tubes of bundle. Eventually, the flow through tube bundle was simulated and analyzed by monitoring critical reduced velocity. Result shows that with increasing VOF, amplitude decreased and the critical velocity increased.