Отзыв_Волоховский_В_Ю (Повышение вибропрочности трубных пучков теплообменных аппаратов при гидроупругом возбуждении колебаний)

ОТЗЫВ официального оппонента на диссертационную работу Алексеи Витальевича Самолысова кПОВЫШЕНИЕ ВИБРОПРОЧНОСТИ ТРУБНЫХ ПУЧКОВ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ПРИ ПФДРОУПРУГОМ ВОЗБУЖДЕНИИ КОЛЕБАНИЙ», представленную к защите на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальностям 01.02,06- Длнамика, прочность машин, приборов и аппаратуры; 05.14.03 — Ядерные энергетические установки, включая проектирова- ние, эксплуатацию н вывод из эксплуатации Сложные технические объекты, в том числе конструкции теплообменных аппаратов в водо-водяных энергетических реакторах (ВВЭР), должны эффективно выполнять требуемые функции.

Для этого они должны быть правильно спроектированы, рассчитаны и изготовлены с учетом всех возможных эксплуатационных факторов и ситуаций. Взаимодействие с окружающей средой, проявляющееся в виде действия на элементы конструкции внешних нагрузок, происходит, как правило, в условиях неопределенности. Широко распространенные нормативные методы расчета, использующие понятие расчетных нагрузок„т.е. достаточно высоких, редко встречающихся детерминированных значений внешних нагрузок, не лишены известных недостатков.

Во-первых, сколь бы высокими не были значения расчетных нагрузок, добиться абсолютной надежности конструкций не удается. Вовторых, расчет на так называемые гарантированные значения нагрузок приводит к чрезмерному расходу материалов, большим коэффициентам запаса, что экономически невыгодно, а порой и технически неосущесгвимо, .Поэтому разработка математических моделей, алгоритмов и методов расчета динамических реакции элементов сложных конструкции ядерных энергетических установок на внешние воздействия и оценка нх долговечности является важной научно-технической проблемой. Согласно данным статистики около 30% остановок энергетических блоков с реакторами типа ВВЭР происходит вследствие выхода из строя теплообменных аппаратов, что обусловлено интенсивными вибрациями тепло- обменных трубных пучков, как одних из наиболее нагруженных элементов данных конструкций.

В связи с этим актуальной является задача создания математических моделей, позволяющих производить оценку и анализ гидродннамически возбуждаемых вибраций трубных пучков. Численное моделирование позволяет в значительной мере избежать трудоемких, чрезвычайно дорогих полномасцпабных экспериментальных исследований на натурных об~е~т~~, о~~бенно таких, как м~щн~е с~вр~м~~н~е стационарные энергетические установки АЭС, энергетические установки в судостроении, а также различные многокомпонентные конструкции. Поэтому диссертационная работа А.В. Самолысова, посвященная разработке расчетных моделей и мето- дов, направленных на повышение вибропрочности трубных пучков теплообменных аппаратов при гидроупругом возбуждении колебаний, представляется актуальной.

Представленная к защите диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения, Общий объем диссертации составляет 116 страниц текста, включая 32 рисунка и 15 таблиц. Во введении приведен~ обоснование актуальности и значимости выбранной темы диссертации и приведен краткий анализ проблемы определения критической скорости обтекания теплоносителем пучков труб теплообменных устройств и аппаратов.

Кроме того, во введении определена цель д~рви~он ~ ~а~алов и~, коюраа «врму~~р вг: «~6~~ метр ики повышения виб п очности и ямот бных теплообменных аппа- атон на основе ез льтатов весле ования механиз ов возб ения колеба- ний бных чков и о~ е еления ани поте и их стойчивости». Для достижения поставленной цели диссертантом намечено решение следующей группы задач: - «получение комплекса критериев подобия для гидроупругого возбуждения колебаний труб; - создание математической модели гидроупругого механизма возбуждения колебаний труб теплообменников; - определение нестационарных гидродинамических сил, действующих на трубки в пучках с регулярной компоновкой поперечного сечения„состоящих из большого числа трубок путем расчета сил для небольшого фрагмента пучка; - построение алгоритма численного определения матриц влияния в системе «жидкость — труба» с заданными конструктивными параметрами».

В заключительной части введении отмечается научная новизна проведенных исследований и практическая значимосзь полученны~ результатов, а также излагается краткое содержание выполненной диссертационной работы. В первой главе, которая по существу и по содержанию является реферативной, с целью анализа результатов уже проведенных в данном направлении теоретических и экспериментальных исследований, представлен обзор научно-технической лите1эатуры В этой главе рассмотрено обтекание потоком несжимаемой жидкости или газа одиночных тел 1параграф1.1). Проанализировано поведение потока при обтекании конструкции теплообменного оборудования (параграф 1.2) н взаимодействие потока с многокомпонентными конструкциями трубных пучков 1параграф 1.3).

Для рассмотренных случаев обобщены зависимости гидродииамических сил от числа Рейнольдса. Вторан глава„которая тоже носит обзорный характер, посвящена краткому описанию конструкции теплообменного аппарата, а также обсуждению различных механизмов возбуждения колебаний его основных элемен- тов — теплообменных труб, На основании анализа данных экспериментальных исследований, которые посвящены вопросам виброактивности элементов теплообменных агрегатов, в работе подчеркнуто, что по специфике проявления вибраций труб теплообменников различают несколько механизмов возбуждения их колебаний: 1)турбулентное возбуждение(бафтинг); 2) периодический вихревой отрыв; 3) гидроупругое возбуждение, В работе отмечено (параграф 2.1), что бафтинг проявляется в виде случайных колебаний трубок пучка нод действием широкополосной гидродинамической силы, связанной с турбулентными пульсациями скорости потока при срывном обтекании труб.

Механизм турбулентного возбуждения проявляется в достаточно широком диапазоне скоростей потока. Бафтинг не сопровождается недопустимо большой амплитудой колебаний трубок, а интенсивность вибраций ограничивается, как правило, требованиями по уровню шума конструкции, Возбуждение при периодическом вихревом отрыве (параграф 22) приводит к увеличению амплитуды колебаний трубок в сравнительно узком диапазоне безразмерных скоростей потока (в этом диапазоне собственная частота колебаний труб пучка близка к частоте отрыва вихрей с трубок).

Механизм гндроупругого возбуждения (гидроупругой неустойчивости) (параграф 2.3) проявляется быстрым ростом относительной амплитуды колебаний трубок при превышении скоростью обтекающего потока некоторого критического значения. В отличие от случая резонансных колебаний, вызванных срывом вихрей, повышение скорости потока при гидроупругой неустойчивости ведет не к снижению амплитуды вибраций, а может привести к разрушению труб. Критическая скорость потока, соответствующая возникновению гидроупругой неустойчивости, является для проектировщиков теплообменников чрезвычайно важной характеристикой. Поэтому ее можно рассматривать как предельно допустимую скорость потока теплоносителя.

Основной оригинальной частью рецензируемой работы является третьи глава диссертации - «Математическая модель гидроуиругого механизма возбуждении колебаний системы плохообтеивемых тел в поперечном потоке жидкостна. Эга глава содержит описание основных характеристик и математической модели гндроупругого механизма возбуждения колебаний системы плохообтекаемых тел в поперечном потоке жидкости на основе которой методом численного эксперимента определяется значение критической скорости. На модельных примерах рассмотрены методы решения граничных задач обтекания тел поперечным потоком идеальной несжимаемой жидкости н определения гидродннамических нагрузок, действующих на обтекаемые кон- струкцни, С использованием вихревого метода отражения получена расчетная дорожка Кармана с одиночного цилиндра.

Эффективность применения метода коллокаций проиллюстрирована на примере расчета обтекания цилиндра, поперечное сечение которого очерчено пересекающимися под прямым углом окружностями, и при решении задачи потенциального обтекания произвольного контура. Приведены результаты расчета гидродинамических нагрузок при обтекании круглого поперечного сечения (решение граничной задачи методом коллокаций; рис, 3.5) и численного расчета автоколебаннй цилиндра в потоке (расчет методом дискретных вихрей", рис. 3.6), В параграфах 3.3 и 3,4 приведено описание математической модели гидроупругого механизма возбуждения колебаний системы плохообтекаемых тел в поперечном потоке жидкости.

Разработана методология определения критической скорости течения и на основе критерия А.М, Ляпунова определено условие устойчивости для пучков теплообменных труб, выраженное через безразмерные параметры: логарифмический декремент колебаний, безразмерный массовый параметр и собственные числа матриц линейной гидродинамической связи в многокомпонентной системе «жидкость-трубьг» ~выражения 13.34)).

В заключительной части третьей главы диссертации приведено описание алгоритма проведения численного эксперимента 1параграф '3,5) н отмечены особенности применения модели гидроупругого механизма возбуждения прн анализе колебаний реальных теплообменных пучков в поперечном потоке жидкости (параграф 3,6).