7根杆束的流体-结构相互作用:用实验数据对比数值模拟
液体通过棒束中流动在许多核能应用中被观察到,例如在第四代液态金属快中子繁殖核反应堆(LMFBR)的堆芯中。该结构的一个主要特征是由于棒间子通道中速度差异而出现的棒间间隙中流动脉动。一方面,这些脉动是有益的,因为它们增强了棒和流体之间的热交换。另一方面,流体脉动可能引起柔性燃料棒的振动,这种机制通常称为流致振动(FIV)。随着时间的推移,这可能导致棒的机械疲劳和振动损伤,最终可能危及其结构完整性。在SESAME框架下,荷兰代尔夫特理工大学(TU Delft)、根特大学(UGent)和NRG合作开展了一项工作,旨在对7根棒束中的FIV进行实验测量,并将数值模拟与所获得的实验数据进行验证。由TU Delft进行的实验是通过一个P/D=1.11的七边形棒束进行重力驱动流动,其中200mm的中心棒段由硅胶制成,其中100mm是柔性的。采用激光多普勒测速仪(LDA)进行流量测量,而高速摄像机则测量了硅胶棒上诱导的振动。数值模拟采用了非稳态雷诺平均Navier-Stokes方程(URANS)方法进行湍流建模,并采用强耦合算法解决了流固耦合(FSI)问题。测得的流脉动频率以及平均棒位移和振动频率被用于进行基准测试。