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• W49790838 abstract "RESUME Des ecoulements diphasiques transverses existent dans de nombreux types d’echangeurs de chaleur. Les forces induites par ce genre d’ecoulements peuvent engendrer des vibrations, qui, meme si celles-ci sont faibles aboutissent par un endommagement ou meme une rupture des tubes. Une meilleure connaissance des forces dues aux ecoulements diphasiques transverses peut permettre d’adapter la conception des echangeurs de chaleurs afin de limiter les vibrations induites par l’ecoulement. Des etudes ont deja ete effectuees sur le sujet, en fournissant des donnees sur les regimes d’ecoulements, les instabilites fluidelastiques et sur les forces dues a la turbulence. Cependant les spectres frequentiels des forces dues a la turbulence en ecoulement diphasique transverse ont rarement ete etudies, ceux-ci etant supposes etre relativement plats. Or une etude recente effectuee sur des tubes ayant un plus gros diametre que dans un generateur de vapeur reel a mis en evidence l’existence de forces quasi-periodiques inattendues. Des experiences ont alors ete conduites avec un faisceau de tubes en configuration triangulaire tournee pour determiner si ces forces existent toujours sur un faisceau de tubes ayant la meme geometrie que celle d’un generateur de vapeur. L’ecoulement diphasique a ete obtenu par un melange eau-air. Les forces quasi-periodiques ont egalement ete observees dans ces experiences. Ce projet vise a comprendre les forces induites par la turbulence sur un faisceau de tubes soumis a un ecoulement diphasique transverse. La mesure des forces dans un faisceau de tubes de petit diametre a necessite un travail rigoureux pour le design de la section d’essai, et la conception des tubes instrumentes qui mesurent les forces. Des donnees sur les spectres frequentiels des forces dynamiques de portance et de trainee auxquelles sont soumis les tubes sont fournies. L’evolution des forces rms en fonction du flux massique et des frequences moyennes des forces en fonction de la vitesse d’ecoulement sont egalement etudies. Ce projet fournit des resultats concernant l’effet de la position des tubes dans le faisceau sur les forces mesurees, ainsi que diverses donnees concernant la correlation spatiale des forces. Les resultats obtenus sont compares avec des resultats obtenus par de precedentes etudes.Une etude approfondie de la forme des spectres des forces dynamiques permet de mettre en place un nouveau procede permettant de relier une densite spectrale de puissance----------ABSTRACT Two-phase cross-flow exists in many shell-and-tube heat exchangers. The associated flow-induced excitation forces can cause tube motion that can result in long-term fretting wear or fatigue. Detailed flow and vibration excitation force measurements in tube bundles subjected to two-phase cross-flow are required to understand the underlying vibration excitation mechanisms. Studies have already been done on the subject, providing data on flow regimes, fluidelastic instabilities and flow-induced turbulence. However, the force spectra data remain very scarce. The spectra have also generally been supposed to be relatively flat. A recent study, performed with tubes having a larger diameter than that in an actual steam generator, showed the existence of unexpected quasi-periodic forces in two-phase cross-flow. An experimental program was undertaken with a rotated-triangular array of cylinders subjected to air-water cross-flow, to simulate two-phase mixtures. The tube bundle here has the same geometry as that of a real steam generator. The quasi-periodic forces have now also been observed in this tube bundle. The project aims to understand the turbulence induced forces on a tube bundle subjected to two-phase cross-flow. In order to be able to measure correctly the force spectra, force measurements on the tubes having a smaller diameter required an appropriate design for the test section and the instrumented tubes. Data on drag and lift dynamic force spectra are provided in this project. The variations of rms forces with the mass flux and of the mean frequencies with the flow velocity are also investigated. Data on the effect of the position of the tubes in the tube bundle are provided, and so are the spatial force correlations. Comparisons are also made with previous studies on the subject. A detailed study on the shape of the dynamic force spectra leads to a new scaling procedure for collapsing dimensionless equivalent power spectral densities and dimensionless frequency. The shape of the obtained spectra is very different from those obtained in single-phase cross-flow. This suggests that random forces in two-phase flow are generated by a different mechanism than the flow fluctuations as in single-phase flow. A simple model is developed assuming that the forces are generated by the “impacts” of the two different phases in contact with the tube." @default.
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