Interaction fluide structure pour des faisceaux de tubes : Méthodes d'homogénéisation, analyse physique

Fluid-structure interaction in tube bundles: homogenisation methods, physical analysis

¹ CEA Saclay DEN/DM2S/SEMT/EMSI, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France
² DCNS Propulsion, Service Technique et Scientifique, 44620 La Montagne, France

Auteur de correspondance : dbroc@cea.fr

Reçu : 30 Septembre 2008
Accepté : 9 Février 2009

Résumé

Les interactions entre les mouvements d'une structure et d'un fluide sont à l'origine de phénomènes dynamiques (vibratoires ou accidentels) dont la maîtrise est indispensable pour résoudre un bon nombre de problèmes pratiques posés lors de la conception et de l'exploitation d'installations industrielles. On rencontre fréquemment dans l'industrie, en particulier dans l'industrie nucléaire, des faisceaux de tubes immergés dans un fluide. Les principales conséquences de la présence du fluide sont des effets "inertiels", amenant une baisse des fréquences propres de vibration et des effets "dissipatifs", amenant une augmentation de l'amortissement. L'article présente d'abord un état des méthodes actuelles pour la simulation du comportement dynamique de faisceaux de tubes, avec des exemples d'application. Ces méthodes sont basées sur l'homogénéisation des équations d'Euler d'un écoulement de fluide parfait. Il est possible ainsi de rendre compte des effets inertiels et aussi, dans une certaine, des effets dissipatifs. La conclusion indique des voies de recherche pour une prise en compte plus complète de la présence du fluide, en particulier des effets dissipatifs.

Abstract

It is well known that the movements of a structure may be strongly influenced by fluid. This topic, called “Fluid Structure Interaction” is important in many industrial applications. Tube bundles immersed in fluid are found in many cases, especially in nuclear industry: (core reactors, steam generators,...). The fluid leads to “inertial effects” (with a decrease of the vibration frequencies) and “dissipative effects” (with higher damping). The paper first presents the methods used for the simulation of the dynamic behaviour of tube bundles immersed in a fluid, with industrial examples. The methods used are based on the Euler equations for the fluid (perfect fluid), which allow to take into account the inertial effects. It is possible to take into account dissipative effects also, by using a Rayleigh damping. The conclusion focuses on improvements of the methods, in order to take into account with more accuracy the influence of the fluid, mainly the dissipative effects, which may be very important, especially in the case of a global fluid flow.