Published November 9, 1999 | Version v1
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Forced excitation and active control for the measurement of fluid-elastic forces

Description

Fluid forces acting on a tube bundle are commonly divided into random buffeting excitation and fluidelastic excitation. Fluidelastic forces, which are motion-dependent, may be derived from an analysis of the vibrating response of the structure to the buffeting forces. At low velocities, buffeting forces may be insufficient to make the tube vibrate significantly and to allow a proper analysis. On the other hand, the structure may become unsteady for high flow velocities: fluidelastic forces make the damping of the fluid-structure System falling toward zero. Two experimental methods are proposed here in order to extend the flow velocity range explored. An added excitation force allows to increase the vibratory level of the tube to improve the signal to noise ratio when flow velocities are low. When the tube is subject to fluidelastic instability, an artificially added damping using active vibration control allows to stabilize the tube. The methods are carried into effect under water and air-water cross-flows using a flexible tube inserted in a bundle, the tubes of which are rigid. Two technologies of actuator are used: an electromagnetic shaker and piezoelectric actuators. Using the added excitation method, it is found that fluidelastic effects remain negligible at low velocities in single-phase flow. The active control method allows to carry out tests over the fluidelas tic instability. A stabilizing phenomemum is then displayed in two-phase flow for low void fractions. The new results obtained are compared with results of the literature in terms of fluidelastic coupling and buffeting excitation. (author)

Abstract (French)

L'action d'un fluide en ecoulement sur un faisceau de tubes est communement decomposee en une excitation aleatoire turbulente et une excitation fluide-elastique. Les forces fluide-elastiques, qui sont couplees au mouvement des tubes, peuvent etre determinees experimentalement a partir d'une analyse de la reponse vibratoire de la structure excitee par les forces turbulentes. Pour de faibles vitesses d'ecoulement, l'excitation turbulente peut etre insuffisante pour faire vibrer significativement le tube et pour autoriser une analyse vibratoire correcte. A l'inverse, la structure peut devenir instable pour de fortes vitesses d'ecoulement: les forces fluide-elastiques font chuter l'amortissement du systeme fluide-structure vers zero. Deux methodes experimentales sont proposees ici afin d'etendre la plage de vitesses d'ecoulement exploree. Une force d'excitation additionnelle permet d'augmenter le niveau vibratoire d'un tube pour ameliorer le rapport signal sur bruit a basses vitesses. Lorsque le tube est soumis au phenomene d'instabilite fluide-elastique, un apport artificiel d'amortissement par controle actif permet de le stabiliser. Les methodes sont mises en oeuvre sur un tube flexible insere dans un faisceau de tubes rigides en ecoulements transverses en eau et en eau-air. Deux technologies d'actionneurs sont utilisees: un excitateur electromagnetique et des actionneurs piezo-electriques. La methode par excitation additionnelle permet de montrer que les forces fluide-elastiques restent negligeables a faibles vitesses en ecoulement monophasique. La methode par controle actif permet de realiser des essais au-dela de l'instabilite fluide-elastique. En diphasique, un phenomene de stabilisation de la structure est alors observe pour les faibles taux de vide. Les nouveaux resultats sont analyses par rapport aux resultats de la litterature en termes de couplage fluide-elastique et d'excitation turbulente. (auteur)

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Original title (French)
Excitation forcee et controle actif pour la mesure des forces fluide-elastiques

Publishing Information

Imprint Pagination
163 p.
Report number
FRCEA-TH--6288

INIS

Country of Publication
France
Country of Input or Organization
France
INIS RN
53012171
Subject category
S42: ENGINEERING;
Resource subtype / Literary indicator
Thesis
Descriptors DEI
ACTUATORS; DAMPING; FLUID-STRUCTURE INTERACTIONS; SIGNAL-TO-NOISE RATIO; TURBULENT FLOW; TWO-PHASE FLOW
Descriptors DEC
DIMENSIONLESS NUMBERS; FLUID FLOW

Optional Information

Notes
92 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; Also available from Service Commun de la Documentation de l'UPMC, 4 place Jussieu Boite courrier 192, 75252 PARIS CEDEX 05 (France); This record replaces 46133724