Critère de stabilité fluide-élastique pour un réseau de cylindres soumis à un écoulement potentiel

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; L'instabilité fluide-élastique est l’un des plus importants mécanismes d'excitation dû au couplage fluide-structure, pouvant provoquer des vibrations excessives de réseaux de cylindres dans les échangeurs de chaleur. L'expérience montre que la plupart des problèmes de vibration au sein de ces dispositifs sont liés à l'instabilité dynamique dite fluide-élastique. En effet, en présence de confinement et d'un écoulement transverse, les cylindres minces peuvent être sujets à de fortes vibrations, ce qui peut conduire au développement d'instabilité et donc à un risque de rupture ou de collision avec les systèmes de maintien. Aussi, dès la conception, des analyses détaillées des vibrations induites par écoulement sont requises Le but de cette étude est de contribuer à une meilleure compréhension des efforts dus à un fluide externe, exercés sur de longs cylindres minces induisant des perturbations de l'écoulement. L'Interaction Fluide-structure et les vibrations induites par l'écoulement dans un faisceau tubulaire à pas carré soumis à un écoulement transversal de fluide non-visqueux et incompressible, dans un cadre irrotationnel sont étudiés. La formulation mathématique puis la résolution du système des équations régissant les dynamiques couplées du fluide et du solide en interaction conduisent à l’établissement de carte de stabilité dynamique pour un cylindre mobile au sein d’un réseau de cylindres fixes. L’ensemble des paramètres géométriques, mécaniques et hydrauliques est pris en considération. L’ approche semi-analytique utilisée permet de déterminer un critère de stabilité du système dynamique considéré et l'influence de chaque paramètre physique de la configuration sur la dynamique est quantifiée. Cette approche originale permet de poser les bases des études de stabilité de ces systèmes dynamiques dans un cadre potentiel irrotationnel incompressible.