Investigation of Fluid-Elastic Instability in Tube Arrays at Low Mass Damping Parameters in Cross-Flow

不稳定性 机械 计算流体力学 横截面 雷诺数 临界电离速度 物理 流量(数学) 管(容器) 工作(物理) 流体力学 流速 弹性不稳定性 材料科学 湍流 热力学 结构工程 工程类 复合材料
作者
Kai Guo,Wei Xu,Zhanbin Jia,Wei Tan
出处
期刊:Journal of Pressure Vessel Technology-transactions of The Asme [ASME International]
卷期号:142 (1) 被引量:10
标识
DOI:10.1115/1.4045022
摘要

Abstract Fluid-elastic instability (FEI) is the most dangerous vibration mechanism in tube arrays. As the research shows in the recent years, the mechanism of FEI turns to be clear, but threshold prediction in low mass damping parameter (MDP) tube arrays is still not accurate because of the complexity of the instability mechanism. In this work, computational fluid dynamics (CFD) simulation is first validated by comparison with the water tunnel experiments in four kinds of tube arrangements and then extended to two-phase flow to get more data in low MDP range. Using fluid force coefficients calculated by CFD simulation, unsteady modeling of the tube model is established and the critical velocities match well with experiment and CFD simulation results. The effect of tube arrangement and Reynolds number on the fluid force coefficients and the predicted critical velocity is studied according to the unsteady flow theory. The results show that instability critical velocity of the normal triangular array can be underestimated at MDP lower than 1. When the frequency ratio (streamwise direction to transverse direction) decreases to below 0.8 in the rotated triangular array, the streamwise instability occurs earlier than transverse instability. The methods and conclusions in this paper can be used in FEI analysis in both streamwise direction and transverse direction.

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