典型浮动式核电站安全壳舱段结构强度直接计算法研究
发布时间:2020-06-16 03:56
【摘要】:浮动式核电站是指配备有核反应堆及发电系统的可移动的浮动式海洋平台。现今世界,人们对生存环境的重视达到了前所未有的高度。相比于代价高且污染大的化石能源以及其他易受外界条件限制的诸如风能、太阳能等新能源,清洁高效、选址灵活的核能发电越来越受到各国政府的重视。核电站按选址类型又可分为陆上核电站和浮动式核电站。相比于陆上核电站,浮动式核电站由于其独特优势,发展前景变得越来越广阔,近年来它已成为越来越热门的研究对象。本文提出了一个浮动式核电站的安全壳舱段的设计方案,建立了该方案下安全壳舱段的有限元模型,对其在各工况下的结构强度进行了直接计算,并选取了相关规范对安全壳舱段结构进行强度校核及应力评价,总结出了一套简洁明了的强度校核流程,可为今后浮动式核电站安全壳舱段的设计及其强度校核提供一定的参考。首先,参考俄罗斯的“罗蒙诺索夫院士”号浮动式核电站的总布置示意图以及相关文献资料,设计了一个浮动式核电站安全壳舱段结构,并分析了该结构的典型工况及力学计算时应设置的边界条件。接着,本文研究了ASME规范下的核设施压力容器应力评价的方法,并根据ASME规范下的应力状态分类、应力校核方法、第三强度理论以及本文提出的基于壳单元的应力强度点处理法,总结出了一套针对核设施压力容器的结构强度校核流程。然后,根据浮动式核电站安全壳舱段的几何模型、材料参数建立了该结构的有限元模型,并依据计算工况以及边界条件对安全壳舱段进行强度的直接计算,得到各工况下的计算结果。根据材料的许用应力值,应用前文总结出的强度校核流程,对安全壳舱段结构在各工况下的结构强度进行了校核,并对其进行了应力评价。本文依据相关规范,基于有限元软件ABAQUS,建立了典型浮动式核电站安全壳舱段的结构强度直接计算法流程,可为该结构的后续设计以及结构的应力评价提供参考。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TM623
【图文】:
开发不断加强,对海洋能源的需求也逐年增加。 然而,传统的化石能源成本巨大染了海洋环境。 风能和太阳能等新能源受到场地和应用环境的极大影响,越来越满足中国沿海油气资源和岛屿开发带来的能源需求。因此,海上核能发电受到了越多研究人员的重视[1]。相比较于传统发电方式,核能发电的优势与劣势同样明显。其优势主要在于[2]:对环境友好,无空气污染物产生,也不会产生温室气体 CO2;(2)不易受到厂天气等因素的影响;(3)成本相对稳定。其劣势主要有:(1)会产生高低阶放废料,或者是使用过的核燃料,均须慎重处理,且需面对相当大的政治困扰;(2能发电的热效率较低,故核能电厂的热污染较严重;(3)核电厂的潜在危险巨大生泄露,后果极其严重。但是核能发电是一把双刃剑,一旦使用不当或发生意外,将造成极其严重的后果上已发生过数起大型核事故,如图 1-1 所示的切尔诺贝利核事故和福岛核事故就中的代表。
以说“核电战”已经成为各国间新的竞争点。目前按照核电站的选址方式,可将核电大致分为两类,一类是传统的陆上核电站,另一类即是本文研究的浮动式核电站,图 1-2 所示。浮动式核电站,是指在海上搭建移动平台,并在此平台上建造的一种核能发电设,是移动式小型核电站技术和船舶与海洋工程技术有机结合的产物[5]。作为一种高效的海上能源解决方案,浮动式核电站相比于传统的陆地核电站,主有以下几点优势[6-9]:(1) 远离陆地,可有效的规避地震等自然灾害的影响;(2) 核安全性更高,体现了固有安全设计理念,对环境、人员伤害更低;(3) 漂浮于海水中,有巨量的海水充当冷却剂;(4) 造价低、占地少,可批量化、标准化;(5) 适应远海、近海、沿海等各种海域广,机动性强,灵活方便,(6) 可满足海洋石油开采、偏远岛屿能源供给、海水淡化领域等多种要求。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TM623
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开发不断加强,对海洋能源的需求也逐年增加。 然而,传统的化石能源成本巨大染了海洋环境。 风能和太阳能等新能源受到场地和应用环境的极大影响,越来越满足中国沿海油气资源和岛屿开发带来的能源需求。因此,海上核能发电受到了越多研究人员的重视[1]。相比较于传统发电方式,核能发电的优势与劣势同样明显。其优势主要在于[2]:对环境友好,无空气污染物产生,也不会产生温室气体 CO2;(2)不易受到厂天气等因素的影响;(3)成本相对稳定。其劣势主要有:(1)会产生高低阶放废料,或者是使用过的核燃料,均须慎重处理,且需面对相当大的政治困扰;(2能发电的热效率较低,故核能电厂的热污染较严重;(3)核电厂的潜在危险巨大生泄露,后果极其严重。但是核能发电是一把双刃剑,一旦使用不当或发生意外,将造成极其严重的后果上已发生过数起大型核事故,如图 1-1 所示的切尔诺贝利核事故和福岛核事故就中的代表。
以说“核电战”已经成为各国间新的竞争点。目前按照核电站的选址方式,可将核电大致分为两类,一类是传统的陆上核电站,另一类即是本文研究的浮动式核电站,图 1-2 所示。浮动式核电站,是指在海上搭建移动平台,并在此平台上建造的一种核能发电设,是移动式小型核电站技术和船舶与海洋工程技术有机结合的产物[5]。作为一种高效的海上能源解决方案,浮动式核电站相比于传统的陆地核电站,主有以下几点优势[6-9]:(1) 远离陆地,可有效的规避地震等自然灾害的影响;(2) 核安全性更高,体现了固有安全设计理念,对环境、人员伤害更低;(3) 漂浮于海水中,有巨量的海水充当冷却剂;(4) 造价低、占地少,可批量化、标准化;(5) 适应远海、近海、沿海等各种海域广,机动性强,灵活方便,(6) 可满足海洋石油开采、偏远岛屿能源供给、海水淡化领域等多种要求。
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