[发明专利]一种用于验证管束流致振动原理的试验装置及其使用方法

权利要求书

1.一种用于验证管束流致振动原理的试验装置，其特征在于，包括流道槽以及试验模拟体，所述流道槽包括与所述试验模拟体相匹配的：进口段、进口稳定段、试验段、出口稳定段、出口段；

其中，所述试验模拟体固定安装在所述试验段，且所述试验模拟体包含有凹槽以及安装在所述凹槽内部的试验管，所述试验管为单根直管、直管束、单根弯管、弯管束中的一种；当所述试验管为单根直管或者直管束时，所述进口稳定段、所述试验段以及所述出口稳定段均为矩形流道槽，且所述凹槽为矩形凹槽；当所述试验管为单根弯管或者弯管束时，所述进口稳定段、所述试验段以及所述出口稳定段均为扇形流道槽，且所述凹槽为扇形凹槽；

所述试验管的一端固定在所述凹槽的底部，且所述试验管的另一端为自由端，所述凹槽的两个侧面为两个相对的平面，且所述凹槽的顶部固定有观察窗，所述凹槽的底部、两个侧面以及顶部共同构成一个密闭流道。

2.根据权利要求1所述的用于验证管束流致振动原理的试验装置，其特征在于，所述直管束为多根阵列分布的直管；

所述多根阵列分布的直管中的最外侧直管与所述凹槽的侧面之间的流道宽度，为所述多根阵列分布的直管中相邻两根直管之间的流道宽度的一半；

所述单直管与所述凹槽侧壁面之间的宽度大于所述单直管的两倍直径。

3.根据权利要求1所述的用于验证管束流致振动原理的试验装置，其特征在于，所述弯管束为多根阵列分布的弯管；所述多根阵列分布的弯管中的最外侧弯管与所述凹槽的侧面之间的流道宽度，为所述多根阵列分布的弯管中相邻两根弯管之间的流道宽度的一半。

4.根据权利要求1所述的用于验证管束流致振动原理的试验装置，其特征在于，所述凹槽的底部通过螺栓固定有基座，所述试验管的一端焊接在所述基座上。

5.根据权利要求1所述的用于验证管束流致振动原理的试验装置，其特征在于，在所述观察窗外侧安装有高速摄像机；

在所述试验管的直管内壁上或者弯管内壁上设置有加速度传感器，在所述试验管的直管外壁上或者弯管外壁上沿周向安装有多个应变片。

6.根据权利要求5所述的用于验证管束流致振动原理的试验装置，其特征在于，在所述试验管中的直管内壁上或者弯管内壁上设置有两个加速度传感器，其中一个加速度传感器位于该直管或者弯管中部的内壁上，另一个加速度传感器位于该直管或者弯管的自由端的内壁上。

7.根据权利要求5所述的用于验证管束流致振动原理的试验装置，其特征在于，所述试验管中的每一根直管或者弯管的自由端均采用橡胶塞进行密封。

8.一种用于验证管束流致振动原理的试验装置的使用方法，其特征在于，所述试验装置为权利要求1～7任一项所述的试验装置，所述使用方法包括下述步骤：

S1、采用阶梯增加流量的方式增加流道槽中的流体流量；

S2、当所述流体流量增加到设定的目标最高值时，则逐步降低所述流体流量；

S3、在所述流体流量降低至设定最低值时，在第1次～第n次回到步骤S1，在第n+1次执行步骤S4；

S4、阶梯增加所述流道槽中的流体流量，直至试验模拟体中的试验管达到疲劳断裂时为止；

其中，在上述每一步骤中，在不同流体流量下，测量所述试验模拟体中试验管的振动加速度和应变响应时程曲线，得到所述试验模拟体中试验管的振动加速度和应变随流体流量的变化关系。

9.根据权利要求8所述的用于验证管束流致振动原理的试验装置的使用方法，其特征在于，还包括下述步骤：

当所述试验管为单根直管时，根据所述试验模拟体中直管的振动加速度和应变随流体流量的变化关系，得到所述试验模拟体中直管发生漩涡脱落时振动响应最大点对应的流体流量，以及所述试验模拟体中直管发生振动锁定时的流体流量；

当所述试验管为多根阵列分布的直管时，根据所述试验模拟体中直管的振动加速度和应变随流体流量的变化关系，得到所述试验模拟体中直管发生湍流激振时振动响应最大点对应的流体流量，或者所述试验模拟体中直管发生流弹失稳时的流体流量。

10.根据权利要求9所述的用于验证管束流致振动原理的试验装置的使用方法，其特征在于，还包括下述步骤：

当所述试验管为单根弯管时，根据所述试验模拟体中弯管的振动加速度和应变随流体流量的变化关系，得到所述试验模拟体中弯管发生旋涡脱落时振动响应最大点对应的流体流量，以及所述试验模拟体中弯管发生振动锁定时的流体流量；

当所述试验管为多根阵列分布的弯管时，根据所述试验模拟体中弯管的振动加速度和应变随流体流量的变化关系，得到所述试验模拟体中弯管发生湍流激振时振动响应最大点对应的流体流量，或者所述试验模拟体中弯管发生流弹失稳时的流体流量。