Published October 8, 1998 | Version v1
Report Open

Damping and fluid-elastic instability of a tube bundle submitted to two-phase flow

Description

Heat exchangers from nuclear steam generators are submitted to two-phase flow (steamwater). The U-bend region of nuclear steam generators is particulary vulnerable to vibration due to two-phase cross-flow. Fluidelastic coupling between the vibrating structure and the flowing fluid may lead to fluidelastic instability. It is admitted that fluidelastic instability is initiated by a loss of damping. Fluidelastic instability may be formulated in terms of a dimensionless flow velocity and a dimensionless mass-damping parameter (in which the damping is the one in still flow). A classical method of damping calculation suggests that damping in two-phase flow is due to a specific two-phase mechanism in addition to classical viscous damping. Yet, some difficulties may arise, for example in the definition of the viscosity of the two-phase mixture. In that sense, we propose to consider the fluid damping as a global entity. Experimental data in air-water from the literature and from our mock-up are analysed. A new reduction formula is defined. This approach is then extended to take into account the effect of two-phase flow velocity. Comparison of the evolution of damping with flow velocity between two-phase flow and single-phase flow is made. From this study, a new formulation for fluidelastic instability in two-phase flow can be proposed. It is formulated in terms of dimensionless flow velocity and void fraction. (author)

Abstract (French)

Les generateurs de vapeur des reacteurs nucleaires a eau pressurisee sont composes de structures tubulaires soumises a un ecoulement diphasique (eau-vapeur) en partie haute du faisceau. Ceci a pour consequence de faire vibrer les structures. Parmi les differents mecanismes d'excitation mis en jeu, le couplage fluide-elastique entre la structure vibrante et le fluide sous ecoulement peut aboutir a l'instabilite dynamique des tubes par perte d'amortissement. Les differents criteres permettant de prevoir l'instabilite fluide-elastique font intervenir l'amortissement de reference (amortissement en presence de fluide sans ecoulement propre). Alors que la definition classique de l'amortissement de reference en diphasique fait intervenir une notion specifique d'amortissement diphasique en plus de la notion classique d'amortissement visqueux bien connue en monophasique, nous proposons une nouvelle demarche permettant de calculer l'amortissement fluide de reference sans differencier l'apport visqueux et l'apport du au caractere diphasique du fluide. A partir d'essais existants et d'essais realises dans le cadre de la these, on a pu mettre a jour l'influence de plusieurs parametres sur le calcul de l'amortissement de reference en diphasique. Apres avoir normalise cet amortissement a partir de parametres sans dimension, une formule permettant le calcul de l'amortissement de reference en diphasique est donnee. Par la suite, on s'attache a l'etude de l'evolution de l'amortissement avec la vitesse du melange diphasique. Apres avoir etabli que cette evolution est assez semblable dans le cas diphasique et dans le cas monophasique, on etablit a partir de ces courbes d'evolution un nouveau critere d'instabilite fluide-elastique permettant de relier la vitesse reduite critique a un seul parametre lie au melange: le taux de vide. (auteur)

Files

53012172.pdf

Files (46.2 MB)

Name Size Download all
md5:0cd609bfe03c3f999bf1decd1adc4bc6
46.2 MB Preview Download

Additional details

Additional titles

Original title (French)
Amortissement et instabilite fluide-elastique d'un faisceau de tubes sous ecoulement diphasique

Publishing Information

Imprint Pagination
147 p.
Report number
FRCEA-TH--7680

Optional Information

Notes
79 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 47126512