(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210815859.2 (22)申请日 2022.07.12 (71)申请人 中国核动力研究设计院 地址 610000 四川省成 都市双流区长顺大 道一段328号 (72)发明人 冯志鹏　蔡逢春　熊夫睿　臧峰刚　 黄旋　沈平川　齐欢欢　李庆　 刘帅　陈果　刘建　黄茜　张锐　 (74)专利代理 机构 成都行之专利代理事务所 (普通合伙) 51220 专利代理师 马碧娜 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种管束流弹系统的模型降阶与稳定性判 定方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种管束流弹系统的模型降 阶与稳定性判定方法及系统， 涉及核动力装置结 构力学领域， 其技术方案要点是： 建立管束的流 固耦合数值模 型； 通过流固耦合数值模型进行动 力学行为模拟分析； 对原始流场样 本数据进行网 格插值处理， 得到流场数据快照； 建立流场快照 矩阵， 并对流场快照矩阵进行降阶分解， 提取得 到DMD流场模态与DMD特征值； 利用DMD流场模态 对非稳定流场进行重构预测； 依据实部和虚部的 分布情况确定稳定判定结果。 本发 明实现了对管 束流弹系统高维时域模型的降阶、 流场重构与快 速预报， 既可以快速获得样本范围内任意时间域 和空间域的流场信息， 而且对于样 本范围之外的 预测， 依然具有较好的描述能力。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115048846 A 2022.09.13 CN 115048846 A 1.一种管束流弹系统的模型降阶与稳定性判定方法， 其特 征是， 包括以下步骤： 基于流场参数和结构参数建立管束的流固耦合数值模型； 通过流固耦合数值模型进行动力学 行为模拟分析， 采集得到原 始流场样本数据； 对原始流场样本数据进行网格插值处 理， 得到流场数据快照； 依据流场数据 快照建立流场快照矩阵， 并利用动态模态分解算法对流场快照矩阵进行 降阶分解， 提取 得到DMD流场模态与DMD特 征值； 利用DMD流场模态对非稳定流场进行重构预测； 利用DMD特征值绘制流场特征值的实部和虚部在重构后二维平面上的分布， 并依据实 部和虚部的分布情况确定稳定判定结果。 2.根据权利要求1所述的一种管束流弹系统的模型降阶与稳定性判定方法， 其特征是， 所述流固耦合数值模型的建立过程具体为： 根据管束流弹系统所处的热工水力条件建立管束流弹系统的流场分析模型； 根据管束结构的动力学特性建立描述结构振动的有限元模型； 通过顺序耦合和数据传 递的方式将有限元模型与流场分析模型求 解耦合， 得到流固耦合数值模型。 3.根据权利要求1所述的一种管束流弹系统的模型降阶与稳定性判定方法， 其特征是， 所述原始流场样本数据的获得 过程具体为： 对管束流弹系统 的动力学行为进行模拟， 以固定时间间隔采集流场数据和管束的网格 点数据， 保存为文本文档， 形成原 始流场数据； 每一个原始流场数据文件中每行为一个数据采样点的信息， 包含各网格中心点的编 号、 坐标； 或， 选择 各网格节点作为数据采样点。 4.根据权利要求1所述的一种管束流弹系统的模型降阶与稳定性判定方法， 其特征是， 所述流场数据快照的获得 过程具体为： 利用Matlab软件读取原 始流场数据， 建立采样点固定的背景网格； 使用griddata命令将原始流场数据基于输出的采样点坐标向固定网格进行插值， 形成 流场数据快照。 5.根据权利要求1所述的一种管束流弹系统的模型降阶与稳定性判定方法， 其特征是， 还包括： 根据各管 的圆心坐标和半径， 定位落于各管子内部的采样点并取值为0， 形成固定 网格的流场快照数据。 6.根据权利要求1所述的一种管束流弹系统的模型降阶与稳定性判定方法， 其特征是， 还包括： 根据采集的弹性管表 面的节点坐标， 基于三点圆心公式计算 弹性管圆心 坐标， 计算 各采样点与圆心之间的距离并与管半径对比， 定位落于各管子内部的采样点并取值为0， 形 成非固定网格的流场快照数据， 以形成嵌套网格加数据插值的非固定网格点数据处理方 法， 用于弹性管束流弹系统的流场快照数据生成。 7.根据权利要求1所述的一种管束流弹系统的模型降阶与稳定性判定方法， 其特征是， 所述DMD流场模态与DMD特 征值的提取 过程具体为： 将插值得到的流场快照数据 以每一行首尾相接形成一维向量， 转置后形成一维列向 量； 将每一时刻下的流场快照向量按所对应的时刻写入流场快照矩阵， 流场快照矩阵的每 一列为一个时刻下的流场快照；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115048846 A 2利用动态模态分解算法对快照矩阵进行降阶分解， 提取得到DMD流场模态与DMD特征 值。 8.根据权利要求1所述的一种管束流弹系统的模型降阶与稳定性判定方法， 其特征是， 所述非稳定流场的重构预测过程具体为： 利用提取的DMD特 征值绘制流场特 征值的实部和虚部在二维平面上的分布； 以空心点表示在单位圆上或单位圆内， 对应稳定模态或周期性模态； 以及， 以实心点表示在单位圆外， 对应不稳定模态。 9.根据权利要求8所述的一种管束流弹系统的模型降阶与稳定性判定方法， 其特征是， 依据流场特 征值确定模态的放大率和频率， 具体 计算公式为： Ωj＝log( λj/Δt) 其中， Ωj的实部表示第j个模态对应的放大率， 虚 部表示第j个模态对应的频率； 若 放大 率大于0， 对应不稳定模态； 若放大率小于0或等于0， 对应稳定模态或周期性模态； λj表示流 场的第j阶特 征值； Δt 表示时间步长 。 10.一种管束流弹系统的模型降阶与稳定性判定系统， 其特征是， 该系统用于实现权利 要求1‑9任意一项所述的一种管束流弹系统的模型降阶与稳定性判定方法， 包括： 模型构建模块， 用于基于流场参数和结构参数建立管束的流固耦合数值模型； 模拟分析模块， 用于通过流固耦合数值模型进行动力学行为模拟分析， 采集得到原始 流场样本数据； 网格插值模块， 用于对原 始流场样本数据进行网格插值处 理， 得到流场数据快照； 特征提取模块， 用于依据流场数据快照建立流场快照矩阵， 并利用动态模态分解算法 对流场快照矩阵进行降阶分解， 提取 得到DMD流场模态与DMD特 征值； 重构预测模块， 用于利用DMD流场模态对非稳定流场进行重构预测； 稳定判定模块， 用于利用DMD特征值绘制流场特征值的实部和虚部在重构后二维平面 上的分布， 并依据实部和虚部的分布情况确定稳定判定结果。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115048846 A 3