CN113673130A - 蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法及系统，该方法包括：基于两相流的无量纲参考等效功率谱密度、蒸汽发生器传热管结构的二次侧流场参数和待定的相关长度，得到所述结构两相流的功率谱密度函数；得到所述结构两相流的功率谱密度函数的傅里叶半谱及傅里叶全谱；采用IFFT方法，把得到的频域的功率谱密度转换到时域，得到作用在传热管上的湍流激励力时程，并将其施加到蒸汽发生器传热管上，计算蒸汽发生器传热管由随机湍流激励诱发的振动响应，基于试验测量值确定不同空泡份额下的功率谱密度函数相关长度和空泡份额因子；根据不同空泡份额下的空泡份额因子，采用拟合方法确定两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法。

Description

蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法及系统
技术领域
本发明涉及反应堆结构力学技术领域，具体涉及蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法及系统。
背景技术
在核反应堆中，引发流致振动的机理主要包括湍流激振、流弹失稳、漩涡脱离和声共振。由于核反应堆中流体流速相对较高，蒸汽发生器传热管、燃料棒、泵和阀门中几乎处处存在湍流。
湍流激振是指：湍流在流经的结构表面上会产生脉动压力，在脉动压力的作用下结构会产生振动。湍流中脉动变化的压力和速度场不断供给结构能量，当湍流脉动的主频率与结构的固有频率相近时，结构吸收能量并产生振动。湍流脉动的频率范围较宽且具有很强的随机性。湍流激振是导致部件发生疲劳、磨损乃至失效的重要原因。
根据国内外核电站中对蒸汽发生器部件失效的多例事故的统计分析可知，随机湍流激励导致的传热管流致振动和与其相关的冲击磨损、微动接触疲劳加上介质腐蚀使得管壁逐渐变薄，是导致传热管承压能力降低而破裂的主要原因。湍流激振对结构的影响是长期并且无法避免的，为确保结构在使用寿期内的完整性，只能通过优化结构设计和调整流速，将湍流引起的结构振动响应控制在可接受的范围之内。
目前对随机湍流激励振动的研究方法主要有三种：一是同时考虑流体对结构以及结构变形对流场的影响，联立流体方程和固体方程并同时求解，该方法可以将流固耦合效应考虑得更为充分，但目前这一问题尚未得到严格的数学解；二是进行合理假设，通过等效功率谱密度确定作用在结构上的随机激励力，利用经典的随机振动理论计算结构各阶模态的位移均方根响应，进行平方和平方根组合，得到结构在随机湍流激励下的振动响应，该方法简单、高效，但是无法考虑间隙、碰撞和摩擦等多种非线性因素；三是采用瞬态分析的方法，将湍流激励力时程施加到结构上，计算结构在随机湍流激励下的振动响应，该方法可以考虑间隙、碰撞和摩擦等多种非线性因素，难点在于获得作用在结构上的湍流激励力时程。
综上所述，本发明的发明人在实现本发明实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
双向流固耦合方法需要大量的计算资源和时间，计算代价很大，目前计算结果与实测结果存在较大偏差，难以用于实际工程问题的随机湍流激励振动分析和设计改进；基于经典随机振动理论的分析方法，无法考虑间隙、碰撞和摩擦等与冲击磨损、微动接触疲劳相关的非线性因素。
发明内容
本发明目的在于提供蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法及系统，本发明基于全局优化拟合，可以高效、便捷地确定蒸汽发生器传热管中两相流功率谱密度函数的相关长度；本发明结合无量纲等效功率谱密度和二次侧流体参数，可以得到两相流中传热管各个位置的功率谱密度函数。在需要考虑蒸汽发生器传热管包含的间隙、碰撞和摩擦等多种非线性因素，管束动力模型为非线性时，为功率谱密度转湍流激振力时程提供了必要的输入，为管束类设备的随机湍流激励振动分析、设计改进和安全评价采用更为准确的瞬态分析方法奠定基础。
本发明通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法，该方法包括：
S1，基于两相流的无量纲参考等效功率谱密度、蒸汽发生器传热管结构的二次侧流场参数和待定的相关长度，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数；
S2，根据Parseval定理，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数的傅里叶半谱；通过生成一组随机相位，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数的傅里叶全谱；
S3，采用快速傅里叶逆变换方法IFFT，把步骤S2得到的频域上的功率谱密度转换到时域上，得到作用在传热管上的湍流激励力时程；
S4，将所述湍流激励力时程施加到蒸汽发生器传热管上，计算蒸汽发生器传热管由随机湍流激励诱发的振动响应，基于试验测量值确定不同空泡份额下的功率谱密度函数相关长度和空泡份额因子；
S5，根据不同空泡份额下的空泡份额因子，选择适当的拟合公式，采用全局优化拟合方法确定两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，得到两相流功率谱密度函数相关长度。
其中，步骤S1中，基于两相流的无量纲参考等效功率谱密度
Figure BDA0003229472490000021
(见公式(1)至公式(6))、蒸汽发生器传热管结构的二次侧流场参数和待定的相关长度，确定所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度SF(f)，计算过程见公式(7)至公式(8)。
步骤S2中，根据Parseval定理，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度SF(f)的傅里叶半谱XH(f)，具体计算过程见公式(9)；通过生成一组随机相位，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度SF(f)的傅里叶全谱X(f)。
其中：
当10-3≤fR＜0.04时，
Figure BDA0003229472490000031
当0.04≤fR≤1时，
Figure BDA0003229472490000032
fR＝f/f0 (3)
f0＝Vp/Dw (4)
Figure BDA0003229472490000033
Vp＝V*P/(P-D)(6)
Figure BDA0003229472490000034
p0＝ρlgDw (8)
Figure BDA0003229472490000035
式中，fR为折合频率，f0和p0为归一化因子，f0用于缩比频率，p0用于缩比压力，Dw为长度尺度，αH为均相空泡份额，Vp为间隙流速，D为蒸汽发生器传热管的管子外径，P为蒸汽发生器传热管的管间节距，L0为参考长度，D0为参考直径，λc为相关长度，ρl为液相密度，g为重力加速度，Fs为采样频率，N为采样点数。
步骤S3中，将功率谱密度SF(f)的傅里叶全谱X(f)通过IFFT方法(快速傅里叶逆变换)把频域上的功率谱密度转换到时域上，得到作用在传热管上的湍流激励力时程x(t)。
步骤S4中，将湍流激励力时程x(t)施加到蒸汽发生器传热管上，计算蒸汽发生器传热管由随机湍流激励诱发的振动响应。
若计算的振动响应与试验测量值相符，则可以确定某一空泡份额下的功率谱密度函数相关长度；若计算的振动响应与试验测量值不相符，则调整步骤S1中的相关长度，进行步骤S2至步骤S4，直到计算的振动响应与试验测量值相符，得到不同空泡份额下的功率谱密度函数相关长度λc，令：
λc＝λw*void_factor (10)
Figure BDA0003229472490000041
式中，λw为单向水中相关长度的计算公式，void_factor为空泡份额因子。基于计算得到的λc和λw，得到空泡份额因子void_factor。
步骤S5中，根据不同空泡份额下的空泡份额因子void_factor，确定空泡份额因子void_factor的拟合公式。将拟合公式线性化，实现全局最优拟合，将拟合后的void_factor代入公式(10)，确定两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法。
进一步地，该方法还包括：
S6，利用所述两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，确定另一试验传热管的相关长度，进行步骤S2至步骤S4，计算传热管由随机湍流激励诱发的振动响应，并与试验测量值对比，对该计算方法进行验证，验证该计算方法的合理性。
进一步地，步骤S5中确定的两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，公式如下：
Figure BDA0003229472490000042
式中，λc为两相流功率谱密度函数的相关长度，D为蒸汽发生器传热管的管子外径，P为蒸汽发生器传热管的管间节距，void_factor为空泡份额因子。
进一步地，该方法适用于空泡份额在13％到86％之间的两相流。
进一步地，所述二次侧流场参数包括蒸汽发生器传热管的管外流体的密度和流速。
进一步地，所述蒸汽发生器传热管结构参数为所述传热管的几何尺寸、材料特性、支撑形式以及各阶振型与频率。
进一步地，该方法用于核蒸汽发生器等换热器的流致振动分析。
第二方面，本发明提供了一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取系统，该系统支持所述的一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法，该系统用于核蒸汽发生器等换热器的流致振动分析，该系统包括：
获取单元，用于获取基于两相流的无量纲参考等效功率谱密度、蒸汽发生器传热管结构的二次侧流场参数和待定的相关长度，
第一处理单元，用于基于两相流的无量纲参考等效功率谱密度、蒸汽发生器传热管结构的二次侧流场参数和待定的相关长度，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数；
第二处理单元，用于根据Parseval定理，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数的傅里叶半谱；通过生成一组随机相位，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数的傅里叶全谱；
第三处理单元，用于采用快速傅里叶逆变换方法IFFT，把步骤S2得到的频域上的功率谱密度转换到时域上，得到作用在传热管上的湍流激励力时程；
第四处理单元，将所述湍流激励力时程施加到蒸汽发生器传热管上，计算蒸汽发生器传热管由随机湍流激励诱发的振动响应，基于试验测量值确定不同空泡份额下的功率谱密度函数相关长度和空泡份额因子；
两相流功率谱密度函数相关长度计算单元，根据不同空泡份额下的空泡份额因子，选择适当的拟合公式，采用全局优化拟合方法确定两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，得到两相流功率谱密度函数相关长度；
输出单元，输出所述两相流功率谱密度函数相关长度。
进一步地，该系统还包括：
验证单元，用于利用所述两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，确定另一试验传热管的相关长度，进行第二处理单元、第三处理单元和第四处理单元的执行过程，计算传热管由随机湍流激励诱发的振动响应，并与试验测量值对比，对该计算方法进行验证，验证该计算方法的合理性。
进一步地，所述两相流功率谱密度函数相关长度计算单元中确定的两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，公式如下：
Figure BDA0003229472490000051
式中，λc为两相流功率谱密度函数的相关长度，D为蒸汽发生器传热管的管子外径，P为蒸汽发生器传热管的管间节距，void_factor为空泡份额因子。
进一步地，该系统适用于空泡份额在13％到86％之间的两相流。
进一步地，所述二次侧流场参数包括蒸汽发生器传热管的管外流体的密度和流速。
进一步地，所述蒸汽发生器传热管结构参数为所述传热管的几何尺寸、材料特性、支撑形式以及各阶振型与频率。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明的两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，可以高效、便捷地确定蒸汽发生器传热管中两相流功率谱密度函数的相关长度。
2、本发明可以用于计算蒸汽发生器传热管中的两相流功率谱密度函数，结合无量纲等效功率谱密度函数和二次侧流体参数，可以得到传热管各个位置的两相流功率谱密度函数。
3、本发明在需要考虑蒸汽发生器传热管包含的间隙、碰撞和摩擦等多种非线性因素，管束动力模型为非线性时，为PSD谱转时程提供了必要的输入，为获得蒸汽发生器传热管中两相流湍流激振力的时间历程奠定基础。
4、本发明所有过程由计算机程序实现，计算结果可靠，可用于计算蒸汽发生器传热管湍流激振响应瞬态分析所需的时间历程输入。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法的流程图；
图2为本申请实施例中的传热管模型示意图；
图3为本申请实施例中两相流中管束的湍流激励力时程及其对应的计算功率谱密度和目标功率谱密度；
图4为本申请实施例中传热管弯曲段在随机湍流激励作用下位移时程的均方根值；
图5为本申请实施例中传热管弯曲段在随机湍流激励作用下其中一点的位移时程；
图6为本申请实施例中不同空泡份额下的空泡份额因子；
图7为本申请实施例中拟合公式线性化过程示意图；
图8为本申请实施例中传热管弯曲段在随机湍流激励作用下位移时程的均方根值与试验值。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1至图8所示，本发明一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法，该方法包括：
S1，基于两相流的无量纲参考等效功率谱密度、蒸汽发生器传热管结构的二次侧流场参数和待定的相关长度，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数；
S2，根据Parseval定理，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数的傅里叶半谱；通过生成一组随机相位，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数的傅里叶全谱；
S3，采用快速傅里叶逆变换方法IFFT，把步骤S2得到的频域上的功率谱密度转换到时域上，得到作用在传热管上的湍流激励力时程；
S4，将所述湍流激励力时程施加到蒸汽发生器传热管上，计算蒸汽发生器传热管由随机湍流激励诱发的振动响应，基于试验测量值确定不同空泡份额下的功率谱密度函数相关长度和空泡份额因子；
S5，根据不同空泡份额下的空泡份额因子，选择适当的拟合公式，采用全局优化拟合方法确定两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，得到两相流功率谱密度函数相关长度。
蒸汽发生器管束通常包含数千根传热管，传热管一般具有多个折流板和管板支撑，并由管板、流量分配板、支承板、防振条等将其分割为小段，用以保持管子之间的间距，本实施例取单根传热管为研究对象，传热管模型示意图见图2。
具体实施如下：
S10，基于两相流的无量纲参考等效功率谱密度、蒸汽发生器传热管结构的二次侧流场参数和待定的相关长度，确定所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度SF(f)。
在步骤S10之后，本申请实施例的方法便进入步骤S20，即：根据Parseval定理，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度SF(f)的傅里叶半谱XH(f)。
在步骤S20之后，本申请实施例的方法便进入步骤S30，即：生成一组随机相位，并得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度SF(f)的傅里叶全谱X(f)。
在步骤S30之后，本申请实施例的方法便进入步骤S40，即：将功率谱密度SF(f)的傅里叶全谱X(f)通过IFFT方法(快速傅里叶逆变换)把频域上的功率谱密度转换到时域上，得到作用在传热管上的湍流激励力时程x(t)。图3为通过IFFT方法生成的湍流激励力时程x(t)，并将x(t)通过AR模型功率谱估计方法转成相应的功率谱密度函数，与原始的功率谱密度函数SF(f)进行对比，两者吻合良好。图3中上图的横坐标表示频率/Hz，纵坐标表示功率谱密度/(N2/Hz)；图3中下图的横坐标表示时间/s，纵坐标表示力/N。
在步骤S40之后，本申请实施例的方法便进入步骤S50，即：将湍流激励力时程x(t)施加到传热管上，计算传热管由随机湍流激励诱发的振动响应。图4是传热管弯曲段在随机湍流激励作用下位移时程的均方根值，图4的横坐标表示角度/°，纵坐标表示位移/μm；图5是传热管弯曲段在随机湍流激励作用下其中一个节点的位移时程，图5的横坐标表示时间/s，纵坐标表示位移/μm。
在步骤S50之后，本申请实施例的方法便进入步骤S60，即：将计算的振动响应与试验测量值进行对比，若计算的振动响应与试验测量值相符，则可以确定某一空泡份额下的功率谱密度函数相关长度；若计算的振动响应与试验测量值不相符，则调整S10中的相关长度，重新进行步骤S20至步骤S50，直到计算的振动响应与试验测量值相符，得到不同空泡份额下的功率谱密度函数相关长度λc。在通过公式(10)，得到空泡份额因子void_factor，图6为不同空泡份额下功率谱密度函数相关长度的空泡份额因子void_factor。
在步骤S60之后，本申请实施例的方法便进入步骤S70，即：根据不同空泡份额下的空泡份额因子，确定空泡份额因子的拟合公式为：y＝aebx，其中因变量y为空泡份额因子，自变量x为空泡份额，a和b为待定参数。具体拟合过程见图6，图6的横坐标表示空泡份额，纵坐标表示空泡份额因子。
在步骤S70之后，本申请实施例的方法便进入步骤S80，即：将拟合公式线性化，实现全局最优拟合，确定参数a和b。拟合公式线性化过程见图7，图7的横坐标表示空泡份额，纵坐标表示空泡份额因子线性值。通过拟合，得到a＝0.1215和b＝1.7156，即空泡份额因子void_factor＝0.1215e1.7156void_fraction，将其代入公式(10)，确定两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法为：
Figure BDA0003229472490000081
式中，void_fraction为空泡份额。
在步骤S80之后，本申请实施例的方法便进入步骤S90，即：利用两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，确定另一试验传热管的相关长度，进行步骤S20至步骤S50，计算传热管由随机湍流激励诱发的振动响应，并与试验测量值对比，对比结果见图8，图8的横坐标表示空泡份额，纵坐标表示位移/μm。计算值与试验值在同一量级，并且计算值能够包络试验值，裕量合理。
其中，在本申请实施例中，所述计算方法适用于空泡份额在13％到86％之间的两相流。
其中，在本申请实施例中，所述二次侧流场参数包括蒸汽发生器传热管的管外流体的密度和流速。
其中，在本申请实施例中，所述蒸汽发生器传热管结构参数为所述传热管的几何尺寸、材料特性、支撑形式以及各阶振型与频率。
其中，在实际应用中，商用有限元软件为：ANSYS，数值计算软件为：MATLAB。
本发明方法用于核蒸汽发生器等换热器的流致振动分析，本发明方法包括：基于两相流的无量纲参考等效功率谱密度、蒸汽发生器传热管结构的的二次侧流场参数和待定的相关长度，得到蒸汽发生器传热管结构的两相流的功率谱密度函数；根据Parseval定理，得到得到蒸汽发生器传热管结构两相流功率谱密度函数的傅里叶半谱；通过生成一组随机相位，得到得到蒸汽发生器传热管结构两相流功率谱密度函数的傅里叶全谱；通过IFFT方法，把频域的功率谱密度转换到时域，得到作用在传热管上的湍流激励力时程；将湍流激励力时程施加到传热管上，计算传热管由随机湍流激励诱发的振动响应，基于试验测量值确定不同空泡份额下的功率谱密度函数相关长度和空泡份额因子；根据不同空泡份额下的空泡份额因子，选择适当的拟合公式，并将拟合公式线性化，确定两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法。
本发明提供的两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，基于全局优化拟合，可以高效、便捷地确定蒸汽发生器传热管中两相流功率谱密度函数的相关长度，结合无量纲等效功率谱密度和二次侧流体参数，可以得到两相流中传热管各个位置的功率谱密度函数。在需要考虑蒸汽发生器传热管包含的间隙、碰撞和摩擦等多种非线性因素，管束动力模型为非线性时，为功率谱密度转湍流激振力时程提供了必要的输入。基于MATLAB语言编制了处理程序，可以便捷、准确、高效地得到湍流激振力时程，为管束类设备的随机湍流激励振动分析、设计改进和安全评价采用更为准确的瞬态分析方法奠定基础。
实施例2
如图1至图8所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取系统，该系统支持实施例1所述的一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法，该系统用于核蒸汽发生器等换热器的流致振动分析，该系统包括：
获取单元，用于获取基于两相流的无量纲参考等效功率谱密度、蒸汽发生器传热管结构的二次侧流场参数和待定的相关长度，
第一处理单元，用于基于两相流的无量纲参考等效功率谱密度、蒸汽发生器传热管结构的二次侧流场参数和待定的相关长度，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数；
第二处理单元，用于根据Parseval定理，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数的傅里叶半谱；通过生成一组随机相位，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数的傅里叶全谱；
第三处理单元，用于采用快速傅里叶逆变换方法IFFT，把步骤S2得到的频域上的功率谱密度转换到时域上，得到作用在传热管上的湍流激励力时程；
第四处理单元，将所述湍流激励力时程施加到蒸汽发生器传热管上，计算蒸汽发生器传热管由随机湍流激励诱发的振动响应，基于试验测量值确定不同空泡份额下的功率谱密度函数相关长度和空泡份额因子；
两相流功率谱密度函数相关长度计算单元，根据不同空泡份额下的空泡份额因子，选择适当的拟合公式，采用全局优化拟合方法确定两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，得到两相流功率谱密度函数相关长度；
输出单元，输出所述两相流功率谱密度函数相关长度；
验证单元，用于利用所述两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，确定另一试验传热管的相关长度，进行第二处理单元、第三处理单元和第四处理单元的执行过程，计算传热管由随机湍流激励诱发的振动响应，并与试验测量值对比，对该计算方法进行验证，验证该计算方法的合理性。
本实施例中，所述两相流功率谱密度函数相关长度计算单元中确定的两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，公式如下：
Figure BDA0003229472490000101
式中，λc为两相流功率谱密度函数的相关长度，D为蒸汽发生器传热管的管子外径，P为蒸汽发生器传热管的管间节距，void_factor为空泡份额因子。
本实施例中，该系统适用于空泡份额在13％到86％之间的两相流。
本实施例中，所述二次侧流场参数包括蒸汽发生器传热管的管外流体的密度和流速。
本实施例中，所述蒸汽发生器传热管结构参数为所述传热管的几何尺寸、材料特性、支撑形式以及各阶振型与频率。
本发明系统基于全局优化拟合，可以高效、便捷地确定蒸汽发生器传热管中两相流功率谱密度函数的相关长度；本发明结合无量纲等效功率谱密度和二次侧流体参数，可以得到两相流中传热管各个位置的功率谱密度函数。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法，其特征在于，该方法包括：
S1，基于两相流的无量纲参考等效功率谱密度、蒸汽发生器传热管结构的二次侧流场参数和待定的相关长度，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数；
S2，根据Parseval定理，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数的傅里叶半谱；通过生成一组随机相位，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数的傅里叶全谱；
S3，采用快速傅里叶逆变换方法，把步骤S2得到的频域上的功率谱密度转换到时域上，得到作用在传热管上的湍流激励力时程；
S4，将所述湍流激励力时程施加到蒸汽发生器传热管上，计算蒸汽发生器传热管由随机湍流激励诱发的振动响应，基于试验测量值确定不同空泡份额下的功率谱密度函数相关长度和空泡份额因子；
S5，根据不同空泡份额下的空泡份额因子，采用全局优化拟合方法确定两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，得到两相流功率谱密度函数相关长度。
2.根据权利要求1所述的一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法，其特征在于，该方法还包括：
S6，利用所述两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，确定另一试验传热管的相关长度，进行步骤S2至步骤S4，计算传热管由随机湍流激励诱发的振动响应，并与试验测量值对比，对该计算方法进行验证。
3.根据权利要求1所述的一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法，其特征在于，步骤S5中确定的两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，公式如下：
Figure FDA0003229472480000011
式中，λc为两相流功率谱密度函数的相关长度，D为蒸汽发生器传热管的管子外径，P为蒸汽发生器传热管的管间节距，void_factor为空泡份额因子。
4.根据权利要求1所述的一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法，其特征在于，该方法适用于空泡份额在13％到86％之间的两相流。
5.根据权利要求1所述的一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法，其特征在于，所述二次侧流场参数包括蒸汽发生器传热管的管外流体的密度和流速。
6.根据权利要求1所述的一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法，其特征在于，所述蒸汽发生器传热管结构参数为所述传热管的几何尺寸、材料特性、支撑形式以及各阶振型与频率。
7.根据权利要求1所述的一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法，其特征在于，该方法用于核蒸汽发生器换热器的流致振动分析。
8.一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取系统，其特征在于，该系统支持如权利要求1至6中任一所述的一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取方法，该系统用于核蒸汽发生器换热器的流致振动分析，该系统包括：
获取单元，用于获取基于两相流的无量纲参考等效功率谱密度、蒸汽发生器传热管结构的二次侧流场参数和待定的相关长度，
第一处理单元，用于基于两相流的无量纲参考等效功率谱密度、蒸汽发生器传热管结构的二次侧流场参数和待定的相关长度，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数；
第二处理单元，用于根据Parseval定理，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数的傅里叶半谱；通过生成一组随机相位，得到所述蒸汽发生器传热管结构两相流的功率谱密度函数的傅里叶全谱；
第三处理单元，用于采用快速傅里叶逆变换方法，把步骤S2得到的频域上的功率谱密度转换到时域上，得到作用在传热管上的湍流激励力时程；
第四处理单元，将所述湍流激励力时程施加到蒸汽发生器传热管上，计算蒸汽发生器传热管由随机湍流激励诱发的振动响应，基于试验测量值确定不同空泡份额下的功率谱密度函数相关长度和空泡份额因子；
两相流功率谱密度函数相关长度计算单元，根据不同空泡份额下的空泡份额因子，采用全局优化拟合方法确定两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，得到两相流功率谱密度函数相关长度；
输出单元，输出所述两相流功率谱密度函数相关长度。
9.根据权利要求8所述的一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取系统，其特征在于，该系统还包括：
验证单元，用于利用所述两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，确定另一试验传热管的相关长度，进行第二处理单元、第三处理单元和第四处理单元的执行过程，计算传热管由随机湍流激励诱发的振动响应，并与试验测量值对比，对该计算方法进行验证。
10.根据权利要求8所述的一种蒸发器管束两相流功率谱密度相关长度的获取系统，其特征在于，所述两相流功率谱密度函数相关长度计算单元中确定的两相流功率谱密度函数相关长度的计算方法，公式如下：
Figure FDA0003229472480000031
式中，λc为两相流功率谱密度函数的相关长度，D为蒸汽发生器传热管的管子外径，P为蒸汽发生器传热管的管间节距，void_factor为空泡份额因子。
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