基于UDF的二维管束流弹失稳模拟研究

来源：核动力工程杂志2022年第5期北京时间：

作者：谭蔚, 赵承卓, 黄旋, 沈平川, 张珂, 朱国瑞

单位：1.天津大学化工学院，天津，300350；2.天津大学浙江研究院，浙江宁波，315201；3.中国核动力研究设计院，成都，610213；

摘要：针对现有流弹失稳模拟研究中的流固耦合模型存在计算精度较低、计算成本巨大的问题，建立了一种可以预测管束临界流速的二维单向流固耦合模型，该模型基于商用ANSYS Fluent软件，通过SST<i> k-ω</i>湍流模型进行流场计算，再由自编译的用户自定义函数（UDF）提取管子所受的流体力，并利用4阶Runge-Kutta法求解结构动力学方程实现单向流固耦合计算。利用该模型对节径比为1.5的转角三角形排布管束进行了流固耦合计算，得到了中心管的临界流速、振幅时程曲线及振幅频谱图，并通过水洞实验进行了验证。结果表明，本模型以较低的计算成本准确地预测了临界流速，同时也获取了管子真实的振动特征，模拟计算的中心管振幅时程曲线及振幅频谱均与实验相近。此外，模拟计算获取的阻力和升力系数数据表明，随着流速增大，阻力和升力系数时程曲线经历了从紊乱到规律的变化，换算流速达到2.44时，阻力和升力系数主频包含管子在静水中固有频率的成分。

关键词：流弹失稳, 管束, 流固耦合, 临界流速

基金资助：核反应堆系统设计技术重点实验室基金项目（HT-KFKT-09-2018001）