基于光纤光栅传感器的轴向流诱发多圆柱振动的实验研究

发布时间：2020-05-25 14:08

【摘要】：本文研究的轴向流诱发燃料棒类细长圆柱的振动在核工程以及管壳式换热器等工程领域有着重要的指导意义。本实验在水洞中进行,在测量技术方面,本文利用激光测振仪在一维振动测量中的精确性,对布拉格光纤光栅(FBG)传感器做了标定。在一个较大的振幅范围内得到了FBG测得应变与振幅的线性关系。在得到了应变和振幅的对应关系后,本文采用FBG传感器在两种圆柱管束布置方式(三根圆柱布置和五根圆柱布置)下分别研究中心圆柱的振幅、位移、振动频率随流速增加的变化趋势。在此基础上,研究了来流湍流度、柔性圆柱与刚性圆柱之间的间隙对中心圆柱的振动特性的影响,分析两种布置方式下,中心柔性柱的振动特性的异同。对于单根圆柱的情况,刚性柱的振幅相对于柔性柱的振幅可以忽略,可以认为刚性柱在轴向流中没有振动。三根柱布置中,中心柔性柱在径向两个不同方向的振幅有明显差别。两侧没有安装刚性柱的方向振幅大于安装有刚性柱的方向。五根柱布置中,对称布置的结构使得中心柔性柱在不同方向的振幅基本相同。不论是在三根柱还是五根柱的情况下,间隙比的减小和湍流度的增大对振动的影响表现出定性上的相似性。间隙比的改变和湍流度的不同都不对柔性圆柱的振动频率产生影响。增大圆柱之间的间隙比会导致柔性圆柱振幅的减小,且间隙比越大,振幅减小速度越慢,最终接近单根柔性柱的振幅。增大流场来流湍流度,柔性柱的振幅随之增大。湍流度对振幅的影响在低无量纲速度时没有在高无量纲速度时明显,且在湍流度在大间隙比下的作用相比小间隙比下的作用更明显。
【图文】：

示意图,压水堆,工作原理,示意图

生能源已成为全球能源转型及实现应对气候变化目标的重大战略举措。对于在建设富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国的中国，能源格局调整和能源转型变革依然任重而道远。目前，新能源发电主要包括水能发电、风能发电、核能发电、太阳能发电、生物质能发电、潮汐能发电、地热能发电等，技术成熟，推广较为广泛的包括水电、核电、风电和光伏发电。其中，核电相对于其他发电方式，有着碳氧化物、氮氧化物等污染气体零排放，能量密度大，发电功率稳定，发电成本稳定等优点，同时也有着核辐射外泄的潜在危险。回顾核电发展的数十年历史，曾发生过三次严重的核泄漏事故，分别是 1979 年美国的三里岛事故，1986年乌克兰的切尔诺贝利事故和 2011 年日本的福岛事故。这三次核泄漏事故对周围环境和生物造成了长远的恶劣影响，让人们对核安全产生了极高的重视。在这样的大背景下，国家发展和改革委员会在《能源发展“十三五”规划》中提出了我国核电的发展战略：采取最新核安全标准，确保万无一失的前提下，高效发展核电，在沿海地区建设一批三代压水堆核电项目。压水堆是目前公认技术最成熟的堆型，，推广应用也最为广泛，其工作原理示意图见图 1-1。压水堆主要结构包括压力容器、堆芯、堆内构件及控制棒组件等。在反应堆中，燃料棒和相

水洞,测试段

2 章实验装置及相关测量技术尔滨工业大学（深圳）海洋高端装备数字工程实光栅传感器和激光测振仪技术，对轴向流中多圆章主要介绍本文所涉及的水洞试验台、所用的圆及其在本实验中的应用等。的水洞测试段如图 2-1 所示。其几何尺寸为：高3m 的正方形。水流由伺服电机控制的单极水泵流速范围内，流场湍流度控制在 0.7%以内，泵导致的水洞壁面的振幅不超过 5μm。实验室台立式空调保持恒定。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM623;TP212

【参考文献】