阅读说明：本技术 一种封闭旁支管道的流体控制单元 (Fluid control unit for sealing side branch pipeline ) 是由 李玩幽 王曦 率志君 殷文慧 于涛 曹宏博 简洁 于 2021-09-01 设计创作，主要内容包括：本发明的目的在于提供一种封闭旁支管道的流体控制单元,包括主管道、旁支管道,主管道的两端分别为管道入口和管道出口,旁支管道与主管道直接相连,旁支管道与主管道还通过引流管相连,引流管一端连接主管道的上游区域,另一端连接旁支管道。本发明引流管结构简单,加工方便,方案可行性强；结构尺寸较小,不占用太多空间,并且不影响旁支管道内本身的结构空间；可以实现共振频率解耦,改变漩涡脱落频率,从根源上抑制流致声共振,为处理类似封闭支管振动问题提供借鉴。(The invention aims to provide a fluid control unit for sealing a side branch pipeline, which comprises a main pipeline and the side branch pipeline, wherein the two ends of the main pipeline are respectively provided with a pipeline inlet and a pipeline outlet, the side branch pipeline is directly connected with the main pipeline, the side branch pipeline is also connected with the main pipeline through a drainage pipe, one end of the drainage pipe is connected with the upstream area of the main pipeline, and the other end of the drainage pipe is connected with the side branch pipeline. The drainage tube is simple in structure, convenient to process and strong in scheme feasibility; the structure size is small, too much space is not occupied, and the structure space in the side branch pipeline is not influenced; the decoupling of resonance frequency can be realized, vortex shedding frequency is changed, flow induced acoustic resonance is fundamentally inhibited, and reference is provided for processing the vibration problem of similar closed branch pipes.)

一种封闭旁支管道的流体控制单元

技术领域

本发明涉及的是一种管路结构，具体地说是封闭支管结构。

背景技术

核电系统的一回路主管线中的流动介质通常为高温高压的流体，为了保证核电系统安全运行通常在主流管道特定位置处安装泄压管线，一般情况下泄压管线一段与主管道相连，另一端在常规情况下是封闭的，这就形成了封闭旁支管道这种特殊的结构。

流声共振是声场与不稳定流场相互作用的结果，当主管道内流体流经支管的T型接管嘴时发生涡流脱落，并产生压力脉动；压力脉动作为声源产生压力波向支管道末端传播，经支管段末端壁面反射后与入射波在支管内相互作用，形成驻波，驻波频率与涡流脱落频率耦合，导致压力脉动被放大。当管道固有频率与上述2个模态频率接近时，管道振动被激发，它是流致声共振的外在表现，是“流－声－固”共振共同作用的结果。

在核电系统中，核反应堆相关部件的安全性至关重要，而流致声共振现象会导致管道非正常振动，破坏主管线上的安全泄压阀和管道等部件。所以在工程实际中，抑制流致声共振现象，对提高设备的安全寿命和经济效益具有重要意义。

流体流经封闭旁支管道这种特定的结构时，会产生漩涡，并呈周期性脱落，漩涡脱落的频率产生的流体激励与声模态频率相近时，产生“锁频现象”，导致压力波被放大，形成声共振，当声共振频率与管线结构频率重合时，则会激发管道剧烈振动。

一般通常采用的避开流声共振的方法为：(1)在支管一侧再引入一段支管，调整旁支管道声学陷入模态，使其与流场频率避开。(2)在旁支管道与主管道相交的位置做流场几何优化(如增加倒角半径等)，调整流场涡脱落频率使其与声学陷入模态避开。(3)在支管道内设计插入部件，用来扰乱管道内的剪切层，如专利US4867190。但是方案一一般造价成本较高，需要较长的支管段才能明显改变声学模态，方案二可以在一定程度上降低流声共振的幅值，但一般对频率的影响有限。不能从根本上解决流声共振问题.方案三对流场频率的改变极为明显，但是由于核电系统实际工程应用中旁支管道的作用主要是在紧急情况下卸出主管道内的压力，因此对于支管道的截面面积存在一定的限制，因此实际应用较少。

发明内容

本发明的目的在于提供从增加旁支管道流场的紊乱程度，影响漩涡的发展进程，使流场激励频率产生偏移的角度出发，抑制流致声共振的一种封闭旁支管道的流体控制单元。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种封闭旁支管道的流体控制单元，其特征是：包括主管道、旁支管道，主管道的两端分别为管道入口和管道出口，旁支管道与主管道直接相连，旁支管道与主管道还通过引流管相连，引流管一端连接主管道的上游区域，另一端连接旁支管道。

本发明还可以包括：

1、引流管与主管道相连位置位于旁支管道内涡团的旋转中心上方。

2、引流管结构采用和旁支管道同种类型的管路型号，管壁厚均相同，引流管宽度与旁支管道宽度一致，其截面呈1/4圆结构。

本发明的优势在于：

1、引流管结构简单，加工方便，方案可行性强；

2、结构尺寸较小，不占用太多空间，并且不影响旁支管道内本身的结构空间；

3、可以实现共振频率解耦，改变漩涡脱落频率，从根源上抑制流致声共振，为处理类似封闭支管振动问题提供借鉴。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的横截面示意图；

图3为本发明数值仿真结果图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-3，本发明在一定程度上避开流声共振频率，降低激励源激励幅值，从而避免激发封闭旁支管道异常振动的问题。因此，本发明提出流体被动控制单元，在常规封闭支管结构的基础上，增加引流管结构，连通主管道前缘和旁支管道流域的新型封闭支管。引流管通过将部分流体从主管道引入支管，冲击管道内本身形成的涡旋结构，从而破坏主管道内的大涡结构，降低管道内涡旋的流速，从而加剧主管道与支管的剪切层不稳定性，加快漩涡脱落，最终使漩涡脱落频率与声腔固有频率避开。

封闭旁支管道包括管道进出口，主管道，旁支管道结构，旁支管道本身与直管道直接相连。而本发明提出的引流管用于二次连接主管道和旁支管道，引流管结构采用和旁支管道同种类型的管路型号，管壁厚均相同，所述引流管结构宽度与旁支管道宽度一致，呈1/4圆结构，一端连接主管道经过支管段的上游区域，另一端连通支管，引流管路尺寸无具体要求，但要求与主管道相连位置位于支管道内涡团的旋转中心上方，具体尺寸须基于实际问题。

本实例提供了一种带有引流管结构的封闭旁支管道，由管道入口1、管道出口2、主管道3、旁支管道4、引流管结构5组成，如图1所示。管路其中支管部分封闭，内部没有流体流动，并且管道内排气比较充分，不存在气腔收缩，膨胀导致振动的情况，支管内基本不存在流体流动激励。支管段和主管道前缘交界处，有一倒角，具体结构见图2管道截面流域图。图3是一个增加引流管路和正常旁支管路的数值仿真结果实例，结果显示流场涡脱落频率发生了明显的偏移。

封闭支管工作过程中，流体由入口流入，沿主管道流动，流经至引流管结构区域时，部分流体介质会通过引流管流入旁支管道，此时由主管道内流体流速快，会在支管与主管道交界处形成高速度梯度的剪切层，由于剪切层不稳定性，会三通位置处的流体会在交界处形成漩涡，并经过一系列发展，最终脱落，涡脱落频率与管道声模态频率相近，经调制作用引发流声共振，导致管道异常振动，增加引流管结构的封闭支管，部分流体由引流管结构流入支管，在引流管路的出口与支管内的大涡相互碰撞，改变支管内涡团的旋转速度，从而降低交界位置的速度梯度，降低流场的不稳定性从而减小小涡团的脱落速度，改变流场激励频率，从而抑制流声共振，优化管路振动特性。