热分层分析在压水堆核电厂中的应用

发布时间：2021-09-19 05:30

　　随着核电技术的不断发展和在役核电厂运行经验的不断积累,热分层及伴随产生的热循环、条纹化等不利热工现象逐渐引起重视。为保障核电厂的长期安全运行,设计阶段需要对易发生热分层现象的管线进行识别分析及改进。本文通过对热分层现象产生的机理进行研究,分析总结易受热分层现象影响的管线或管系的筛选方法。通过该筛选方法可初步筛选出压水堆核电厂中易受热分层现象影响的管线或管系。针对这些管线或管系可借助三维流体数值模拟软件进行数值模拟,通过计算分析可识别出现有设计的薄弱环节并制定相应的缓解措施。本文选取AP1000核电厂第4级自动卸压系统（ADS）管线为实例,通过前述筛选方法判断是否产生热分层,然后使用CFX软件对其热分层现象进行数值模拟,CFX模拟分析结果验证了筛选方法的可行性,并提出了初步改进方案。 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：51 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

中国大陆核电厂分布图

当一种温度的流体流入包含不同温度流体的容器或管道时，这些特性会导致流体分成缺少显著混合或热平衡的两股流体。两股流体会导致管道内产生温度梯度。在水平管道中，温度梯度会导致管道发生弯曲。如图2- a）、b）所示的简单支撑梁或悬臂梁的布置结构。如果管道未发生弯曲——例如，由于管道支吊架的限制——如图2- c）所示的固定式布置结构。这将导致管道的弯曲应力和支撑载荷增加。该效应的大小，通常称之为“全局应力”是与温度梯度成比例的，同时也与其他变量如温差、管道布置、管道尺寸、管道末端条件（如管嘴）和支吊架布置等有关。分层的荷载也会因为管道截面的非线性温度分布而产生局部应力。从疲劳的观点，对于疲劳效应的评估还要综合考虑全局应力的影响，如图3所示。如果热分层显现的存在加剧热循环，热分层将及其危害。热循环会导致应力循环，而应力循环将会最终导致结构或管道材料疲劳破裂。因此，对热分层的识别以及确认热循环存在的可能性就显得非常重要[9][13][14]。当分层流体进入存在湍流流动的区域时

置、管道尺寸、管道末端条件（如管嘴）和支吊架布置等有关。分层的荷载也会因为管道截面的非线性温度分布而产生局部应力。从疲劳的观点，对于疲劳效应的评估还要综合考虑全局应力的影响，如图3所示。如果热分层显现的存在加剧热循环，热分层将及其危害。热循环会导致应力循环，而应力循环将会最终导致结构或管道材料疲劳破裂。因此，对热分层的识别以及确认热循环存在的可能性就显得非常重要[9][13][14]。当分层流体进入存在湍流流动的区域时，热循环工况将会产生[9][13][14]。在这种区域，疲劳破裂将会是一个潜在的问题，因为在该区域内大量的应力循环在短期内会被加剧。图4示意了安全注射管道因为热循环而导致管道破裂的情况。在这种情况下，热分层因为冷流体泄漏进入被反应堆冷却剂系统加热的管道中而产生；热循环是由于泄漏流体与湍流贯穿的交互作用产生。湍流贯穿是存在于分支管道中的二次湍流（由运行在主工艺管道中的正常湍流流体产生）。由于运行流体流量或温度的变化同样会导致热循环的产生。热条纹化是伴随分层流体的一种独特的机理。在某些热工水力工况下，存在有一种定义好的分层界面，那就?


本文编号：3401113