蒸汽發(fā)生器流動傳熱及傳熱管多種應(yīng)力耦合數(shù)值模擬.pdf

1、壓水核反應(yīng)堆蒸汽發(fā)生器是鏈接一、二次側(cè)的樞紐設(shè)備，其運行的安全有效性對核動力系統(tǒng)至關(guān)重要。蒸汽發(fā)生器傳熱管在流動傳熱過程中承受多種應(yīng)力的耦合作用，易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕及磨損，進而出現(xiàn)完整性破壞。因此，蒸汽發(fā)生器流動傳熱及流體作用下傳熱管應(yīng)力的研究對揭示傳熱管降質(zhì)失效的原因以及優(yōu)化蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計有重要意義。
　　參照大亞灣壓水堆蒸汽器發(fā)生器運行及結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立了U形管簡化物理模型。利用CFX模擬100％-50％工況蒸汽發(fā)生器流動傳熱

2、過程，揭示了穩(wěn)態(tài)運行時關(guān)鍵熱工參數(shù)的分布規(guī)律以及降負荷運行過程中參數(shù)的動態(tài)變化規(guī)律。在Workbench平臺中，實現(xiàn)了額定工況下流體溫度場及壓力場載荷向結(jié)構(gòu)模型的傳遞，對傳熱管及支撐板進行穩(wěn)態(tài)熱分析及結(jié)構(gòu)靜力分析，揭示了傳熱管應(yīng)力分布規(guī)律。
　　計算結(jié)果表明：對應(yīng)于100％、70％及50％三種工況，一次側(cè)流體出口溫度分別為297.2℃、295.6℃和294.8℃，二次側(cè)出口平均質(zhì)量含汽率分別為24.5％、16.7％和12.1％，流

3、動傳熱數(shù)值模擬結(jié)果與大亞灣核電站相應(yīng)工況下的實際參數(shù)一致。降負荷過程中，一、二次側(cè)換熱強度下降，流體熱工參數(shù)值隨時間逐漸減小，支撐板對二次側(cè)流體的擾動作用也逐漸減弱。管長方向，傳熱管內(nèi)、外壁平均熱應(yīng)力變化趨勢與內(nèi)、外壁溫差變化一致，在支撐板位置存在應(yīng)力集中。傳熱管內(nèi)、外壁平均機械應(yīng)力與內(nèi)、外側(cè)流體靜壓差有關(guān)，在 U形彎管段波動變化。傳熱管與管板接觸位置處內(nèi)壁熱應(yīng)力值為47.7MPa；支撐板處外壁平均機械應(yīng)力值約為75MPa，應(yīng)力計算結(jié)果

4、與實際測量值相符。熱載荷及流體靜壓載荷共同作用下，耦合應(yīng)力是熱應(yīng)力及機械應(yīng)力共同作用的結(jié)果，在外壁表現(xiàn)為熱應(yīng)力和機械應(yīng)力的疊加，在內(nèi)壁非支撐板位置則表現(xiàn)為熱應(yīng)力對機械應(yīng)力的削弱。支撐板位置處，耦合集中應(yīng)力的變化規(guī)律與熱應(yīng)力相似，彎管段耦合應(yīng)力變化趨勢與機械應(yīng)力基本相同。傳熱管熱應(yīng)力、機械應(yīng)力及耦合應(yīng)力在支撐板位置處均沿圓管周向周期變化，而且在流水孔及接觸部位的徑向分布也不均勻，相應(yīng)部位在長期熱載荷及靜壓載荷作用下極易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕并引發(fā)高