蒸汽發(fā)生器傳熱管流彈失穩(wěn)計算

1、蒸 汽發(fā) 生器傳 熱管流彈失穩(wěn)計算 韓同行 ， 左超平 ， 秦加明 ， 張興輝 ( 深圳中廣核工程設(shè)計有限公 司， 廣東 深圳 5 1 8 1 7 2 )摘 要： 蒸汽發(fā)生器管束一旦 出現(xiàn)流彈失穩(wěn)現(xiàn)象， 可以在很短的時間內(nèi)破壞傳熱管的完整性 ， 影響核電站安全。因此 ， 在設(shè) 計蒸 汽發(fā)生器 時要預(yù)測 與 防止傳 熱管流 彈失穩(wěn) 現(xiàn)象。通過有 限元 軟件 A N S Y S 的梁單元建 立傳 熱管模型 ， 進行模 態(tài)分析并提取 相關(guān)結(jié)果

2、； 然后將模 態(tài)分析 的結(jié)果代 入 M A T L A B 計算傳熱管流彈不穩(wěn)定率并和專用軟件進行對比。該 方法計算結(jié)果 與專用軟件吻合， 且 分析表 明套筒開 口區(qū)與彎管區(qū)流速對流彈不穩(wěn)定率影響較大； 管子高頻時不易發(fā)生流彈失穩(wěn)現(xiàn)象。關(guān)鍵詞： 蒸 汽發(fā) 生器 ； 數(shù)值 模擬 ； 流 彈 失穩(wěn) ； 模 態(tài)分析 中圖分類號 ： T H 7 0 2； T L 3 2 9 ； 0 2 4 1 ． 8 2文獻標(biāo) 志碼 ： A文章編 號 ： 1

3、0 0 1— 4 8 3 7 ( 2 0 1 4 ) 1 1 — 0 0 3 9— 0 6d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 — 4 8 3 7 ． 2 0 1 4 ． 11 ． 0 0 6Fl u i d e l a s t i cI n s t a b i l i t yCa l c u l a t i o nf o rS t e a m Ge n e r a t o rTu

4、 b eHA NT o n g—h a n g ， Z UOC h a o—p i n g ， QI N J i a— mi n g ， Z HA NGX i n g— h u i( C h i n aN u c l e a rP o w e rD e s i g nC o ． ， L t d ． ， S h e n z h e n5181 7 2 ， C h i n a )A b s t r a c t ： I ft h ef l

5、u i d e l a s t i ci n s t a b i l i t y( F E I )p h e n o m e n o na p p e a r si nt h es t e a mg e n e r a t o rt u b e s ， t h ei n —t e g r i t yo ft u b ew o u l db ed e s t r o y e di nas h o r tt i me ， me a n wh

6、 i l ei mp a c t i n gt h es a f e t yo fn u c l e a rp o we rp l a n t ．F o rt h er e a s o n， p r e d i c t i o na n dp r e v e n t i o no ft h ep h e n o me n o n— F EIi nd e s i g n i n gs t e a m g e n e r a t o ri

7、 sv e r yn e c e s s a r y ． T h es p e c i f i cme t h o di st ob u i l dt h et u b eSmo d e lb yt h eb e a m e l e me n to fANS YS， p e r f o r m t h et u b eSmo d a la n a l y s i s ， e x t r a c tr e l e v a n tr e

8、 s u l t ， a n dt h e nt a k et h er e s u l ti n t oMAT L ABt os i mu l a t i o nt h eF E I ， f i n a l l yc o mp a r et h er e s u l tw i t hs p e c i a ls o f t w a r e ． T h er e s u l to ft h i sme t h o di sc l o s

9、 et ot h es p e c i a ls o f t —wa r e ， a n dt h ea n a l y s i ss h o wt h a tt h ef l u i dv e l o c i t ya twr a p p e ro p e n i n gr e g i o na n dU — b e n dr e g i o nh a sg r e a ti mp a c to nt h eF EI ； T h eF

10、 E Ii sl e s sp r o n et oa p p e a ra th i g h ~e q u e n c ymo d e ．Ke ywo r d s ： s t e a m g e n e r a t o r ； n u me r i c a ls i mu l a t i o n； f l u i d e l a s t i ci n s t a b i l i t y ； mo d a la n a l y s i

11、 s0 引言 在壓水堆蒸汽發(fā)生器運行過程 中， 二次側(cè)流 體橫向沖刷管束會 引起管束 的振動 ， 稱 為管束 的 流致振 動。嚴(yán)重 的流致振 動會引起 管子應(yīng)力疲 勞 、 微動磨損? 、 甚至管子 一管子碰撞 ， 當(dāng)傳熱管 壁厚磨損到一定程度就要堵管 。傳熱管作為一 回路冷卻 劑的壓力邊界 ， 約 占一 回路 系統(tǒng)壓力邊界總面積的 8 0 ％， 傳熱管壁厚 薄 ， 工作條件惡劣 ， 是最薄弱的壓力邊界。管束的 完整性對整個核 電站的安全

12、 與經(jīng)濟效益 至關(guān) 重 要。傳熱管一旦破壞 ， 停堆以及維修會給 電站帶 來巨大的經(jīng)濟損失 ， 同時對公眾以及工作人員 的安全也有潛在危害。最新 的事故案例是美國加州S a nO n o ~ e 核電站 ， 由于蒸 汽發(fā)生器 內(nèi)部嚴(yán) 重流 · 3 9 ·第 3 1卷第 1 1 期 壓 力 容 器 總第 2 6 4期 c——附加質(zhì)量系數(shù) ， C= 1 ． 4 1mA ——管子整體橫截面積 整s o o堡1 ．

13、0圖 1 管子模 型示 意 0l 2 ． 52 5． O管 子長 度 ／ m圖 2 二次側(cè)流體密度分布 管子二次側(cè)及一次側(cè)流體密度分布由三維熱 工水力軟件計算 ， 如 圖2 ， 3 所示 。73 0稍 6 90基6 500l 2 ． 52 5． O管 子長 度 ， m圖 3 一次側(cè) 流體 密度 分布 保守起見 ， 管束套筒開 口范 圍的二次側(cè)橫向流體速度用線性分布代替 。其 中最大人 口 速度位 于開 口最高點 ( 熱管段 2 ． 2

14、 4 2m ／ s 、 冷管段1 ． 0 8 8m ／ s ， 最大值等于入 口平均速度的 2倍 ， 入 口平均 速度可從上游三維 熱工水力軟件計算得 到) ； 最 小入 口速度為 0 ， 位于管板處。得 出的最 大值還 要乘以節(jié)距修正 因子 P ／ ( P～ D) ( P為節(jié)距 ) ， 最 后得 到速 度分 布 如 圖 4所示 。蟾 3 ． 5盡 11001 2． 52 5 ． 0管 子長 度 ／ I T I圖4 二次側(cè)流體橫 向速