核电站蒸汽发生器传热管的应力分析

发布时间：2017-08-14 08:15

  本文关键词：核电站蒸汽发生器传热管的应力分析

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【摘要】：蒸汽发生器是核电站一回路与二回路的枢纽,传热管的根部位置是蒸汽发生器事故的多发区。传热管壁厚一般为1mm～1.5mm,因此传热管是整个一回路压力边界中最薄弱的部分。应力腐蚀以及微振磨损是传热管发生破损的最主要原因。本文主要利用ANSYS有限元软件对蒸汽发生器传热管进行热与结构耦合分析、模态分析、谐响应分析以及流固双向耦合分析。利用有限元软件分析传热管发生应力腐蚀以及微振磨损的特性。拉应力的存在是材料发生应力腐蚀破损的关键因素。本文首先对传热管进行热与结构的耦合场分析。计算结果显示在传热管的内壁面主要分布着压应力,而在传热管的外壁面则分布着较大的拉应力,尤其是在传热管的根部附近。分析可知传热管的内壁面不易发生应力腐蚀破损,而传热管的外壁面尤其是在根部附近很容易发生应力腐蚀破损。分析结果与事实情况相符。正常工况,传热管工作于高温和高压环境之下。高温与高压都可能导致传热管内部产生较大的拉应力,为分析传热管产生拉应力的主要环境因素,利用AYSYS有限元软件分别对传热管进行热分析计算以及结构分析计算。计算结果显示传热管在高温条件下内部产生的拉应力值约比高压条件下内部产生的拉应力值大两个数量级。得出高温环境是导致传热管发生应力腐蚀破损的深层原因。传热管二次侧流体激励会引起传热管振动,振动导致传热管与支撑板和防振条发生碰撞磨损。一般情况下纵向流引起的振动振幅较小,危害也较小。横向流是引起振动的主要原因,传热管振动受力近似为具有周期性的谐响应载荷,通过谐响应分析可以清楚传热管在流体作用下的动态响应。利用AYSYS有限元软件完成了对传热管的模态分析,模态分析计算出传热管前3阶固有频率以及对应的模态振型。在模态分析的基础上完成了谐响应分析,发现当谐响应载荷频率靠近传热管固有频率时,将导致传热管的共振,并给出了传热管在发生共振时内部应力分布情况。最后利用ANSYS/FLOTRAN对蒸汽发生器传热管进行了流固双向耦合分析。分析结果显示在传热管尾部出现了周期性的涡流脱落现象,脱体漩涡离开管道表面使管道表面产生周期性变化的升力和阻力,从而导致管道振荡,加速传热管的失效破损。在流体激励作用下,传热管的内部产生了应力,并且在管道根部附近应力值较大。
【关键词】：蒸汽发生器传热管 损伤机理 ANSYS 热固耦合 模态分析 流固耦合
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM623
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 本文研究内容13-15
• 第二章 有限元软件简介、有限元分析理论15-25
• 2.1 ANSYS有限元软件简介15-16
• 2.2 有限元分析理论16-25
• 2.2.1 有限元方法计算应力16
• 2.2.2 模态分析理论16-19
• 2.2.3 谐响应分析理论19-20
• 2.2.4 FLOTRAN CFD简介20-25
• 第三章 传热管的热与结构耦合分析25-37
• 3.1 单元类型简介25-27
• 3.2 传热管的热与结构耦合分析27-33
• 3.2.1 有限元分析方法27
• 3.2.2 有限元分析结果与讨论27-33
• 3.3 传热管的热分析与结构分析33-36
• 3.3.1 传热管的热分析33-34
• 3.3.2 传热管的结构分析34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 传热管的模态分析与谐响应分析37-43
• 4.1 单元类型简介37-38
• 4.2 传热管的模态分析38-39
• 4.2.1 有限元分析方法38
• 4.2.2 有限元分析结果与讨论38-39
• 4.3 传热管的谐响应分析39-41
• 4.4 本章小结41-43
• 第五章 传热管的流固双向耦合分析43-52
• 5.1 单元类型简介43-44
• 5.2 传热管的流固双向耦合分析44-50
• 5.2.1 流固双向耦合分析数学模型44-45
• 5.2.2 理论与计算方法45
• 5.2.3 结果与讨论45-50
• 5.3 本章小结50-52
• 第六章 总结与展望52-54
• 6.1 总结52-53
• 6.2 展望53-54
• 参考文献54-57
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果57-58
• 致谢58-59
• 作者简介59

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 邱金荣;龚自力;贾臻;;核级换热器流致振动及防振措施研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集（第一卷·第3册）[C];2009年

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本文编号：671642