多级节流孔板在核级管道中的应用

针对大亚湾核电站安全壳喷淋系统(EAS)试验管线节流孔板气蚀引起的管道剧烈振动和噪音,以及支管疲劳破坏这一事例,研究了气蚀引起管道振动的分析方法,以及采用多级节流孔板减小气蚀的设计方法。对气蚀引起的管道振动,采用计算流体动力学(CFD)方法分析孔板附近的流动特性和压力分布,确定节流孔板下游是否发生气蚀现象;对于发生气蚀现象的节流孔板,提出采用多级节流孔板来减弱气蚀,并采用各级节流孔板气蚀数相近的原则确定节流孔径。通过对改造后的EAS试验管线的试验证实,采用本文的设计分析方法设计的多级节流孔板能够有效地减小节流孔板气蚀引起的管道系统振动和噪音。

稳压器波动管热分层分析

为评价热分层对稳压器波动管结构完整性的影响,从理论上分析了稳压器波动管热分层发生的条件。以百万千瓦级三环路压水堆核电厂核反应堆启堆为例,建立了热分层瞬态,研究了热分层应力计算方法,从理论上将一个复杂的三维应力分析问题简化为一维和二维组合问题。结合ANSYS程序功能,提出了波动管热分层应力计算的工程方法。

反应堆冷却剂系统非线性地震分析方法研究

通过理论研究并结合反应堆冷却剂系统中的非线性因素,提出了采用虚拟激励和模态叠加相结合的非线性地震分析方法进行反应堆冷却剂系统地震分析,该方法能够避免阻尼比选取存在的问题,同时又考虑了非线性因素。

核反应堆地震和失水事故下结构动力分析研究

对核反应堆在地震和失水事故下结构动力分析开展了研究,包括反应堆和蒸汽发生器在失水事故下的瞬态卸压载荷分析研究、反应堆结构动力响应分析研究和燃料组件动力响应分析评定研究。形成了一套可用于新核电站反应堆结构设计的完整的设计分析和计算软件系统,并已在秦山核电二期工程和CNP1000反应堆结构设计中得以应用。

三维弹性管的涡致振动特性分析

采用有限体积法联合大涡模拟方法求解三维湍流流场,采用有限元法离散弹性管结构,对Re=1.35×104的湍流流动作用下三维弹性管的涡致振动进行了数值模拟,结构的动力学响应用Newmark算法来求解,管的运动采用基于扩散光顺方法的动网格模型来实现.利用建立的数值模型,分析了升力系数、阻力系数、位移、涡脱频率、相位差随频率比的变化特征,成功扑捉到锁定、相位开关,并联合运动轨迹、相图及Poincaré截面映射,研究了升力系数与横向位移的极限环与分叉等非线性特性.研究结果表明,在阻力系数的最小值处,横向振幅达到最大值,同时,横向响应的"锁定"也始于阻力系数最小值处;在"锁定"范围内,横向振幅随着频率比的增大而逐渐减小;在升力系数的最小值处,升力系数与位移间的相位由反相变为同相;在均匀湍流流动作用下,三维弹性管的升力与横向位移并未出现周期解的分叉.

压水堆主系统T型三通管传热实验研究

对射流垂直向下入射至主流中,射流管与主管直径比为0.16时,在宽广的射流与主流流速比范围内(R=0.01～1.5),测量了3个不同区域内加装热套管前后三通管传热情况.通过实验得到了不同流速比条件下不同区域的近壁流体温度及换热系数,比较了热套管对于三通管传热的影响.通过实验发现,热套管的主要影响区域是射流管与主管连接区及射流管内,对于射流管下游区域的影响很小.在流速比较高时,热套管的影响作用更明显一些.

厚壁三通管件非等温横向射流的数值模拟研究

为了研究压水堆核电站冷却剂系统中厚壁三通管件的热应力问题，模拟了速度比分别为 0.05和 0.5条件下的非等温横向射流，并通过固体区域与流体区域的耦合传热计算，获得了厚壁管件的温度分布。计算基于有限容积法，采用 kε紊流模型，计算结果与实验吻合良好。通过研究低流速比横向射流的流动和传热特性，从流动机理上考察了流动结构对构件温度分布及热应力的影响，指出在实际运行中可能对厚壁三通管件产生热冲击，从而引起构件热疲劳破坏的主要因素。定性地讨论了不同流速比下构件承受的热冲击状况，为运行参数及构件的优化设计提供了理论依据。

直管束流固耦合振动的数值模拟

为了研究反应堆结构中的诸如燃料棒、蒸汽发生器和其它换热器传热管束等的流体-结构交互作用问题,利用有限体积法离散大涡模拟(large eddy simulation,LES)的流体控制方程,用有限元方法求解结构动力学方程,并结合动网格技术,建立三维流体诱发振动的数值模型,模拟直管束中流体的流动及结构振动,实现计算结构动力学(computational structure dynamics,CSD)与计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)之间的联合仿真.首先,基于流固耦合方法对单管的流致振动特性进行了详细分析,得到了其动力学响应与流场特性;其次基于建立的传热管束流致振动计算模型,研究了两并列管、两串列管以及3×3正方形排列管束的流致振动行为.

含裂纹悬臂输流管道颤振分析

基于适用于含非材料体(non-material volumes)系统的Lagrange方程,采用由无裂纹悬臂梁的模态函数加入分段立方多项式构造的裂纹梁的模态函数,推导出了含裂纹的悬臂输流管道的线性运动方程,最后用Matlab编程进行了数值计算,研究裂纹参数对悬臂输流管道动力特性和颤振特性的影响。结果表明:当固支端附近出现裂纹时,输流管道的颤振临界流速将减小,越靠近固支端,颤振临界流速减小的越多。且随着裂纹深度增加颤振临界流速降低的更加明显。但裂纹离固支端一定位置后时,裂纹的出现将会增大管道的临界流速。另外,裂纹的出现还将导致悬臂输流管道颤振阶数的改变。

孔板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究

针对在役核电厂出现的核级管道系统强烈振动和噪声导致结构失效的问题,采用“数值模拟优先”的研究方法,通过数值计算分析和实验研究,发现节流孔板气蚀是诱发故障的根本原因,提出了工程改造方案。系统改造后的现场调查和评估显示:在保证系统功能和结构完整性满足设计规范的前提下,管系的振动和噪声已控制在可接受的范围内。

稳压器排放系统应力分析评定和管道支撑布置

介绍了秦山核电二期工程稳压器排放系统应力分析评定和管道布置及支撑调整过程 ,即采用PDL SYSPIPEINTERFACE接口软件在三维CAD工程设计系统PDL中截取系统的各种特性参数 ,并将这些特性参数作为专用管道系统应力分析程序SYSPIPE计算输入 ,在此基础上 ,利用SYSPIPE程序的快速应力分析功能调整管道布置、支撑布置和支撑类型 ,并对管道承受的自重、内压、热膨胀、地震、破管和超压排放等载荷 ,根据RCC

横掠水平管束间气-液两相流流型对流致振动激励的影响

在气-液两相流现有的Taitel流型图和Ulbrich&Mewes流型图的基础上,通过分析试验数据提出一种新的流型图,根据该流型图将垂直向上横掠水平管束的气-液两相流分为3种流型:泡状流、搅拌-泡状流和间歇流,给出这3种流型下的两相流作用在管束上的激励力的时间历程、功率谱密度曲线和功率谱密度峰值对应的Strouhal数。分析表明,在管束间两相流流致振动问题中,流型对于激励力时程、功率谱密度曲线的形状和频率分布均有明显影响。

管束结构的流致振动特性研究

为研究管束结构的流致振动问题,利用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程及有限元方法离散结构动力学方程,结合动网格技术,建立了正方形顺排排列弹性管束流固耦合系统的三维数值模型,并研究了不同弹性管束模型的流体力及振动响应特性。结果表明,管束结构的排列方式对流体力及动力学响应有很大的影响,5管模型能基本反映弹性管束的振动特性,而单管模型预测的临界速度较大,却可定性反映节径比为1.5正方形管束的流致振动特性。

传热管流体诱导振动特性的数值研究

本文利用有限体积法离散非稳态湍流黏性、不可压缩的N-S方程及LES湍流模型,用有限元方法离散传热管结构,结合动网格控制技术,实现了流体-结构两个物理场之间的交互作用。基于数值模型,通过响应分支、相位角、Lissajou图、运动轨迹、相图以及Poincare截面映射,分析了传热管在不同响应阶段的运动行为和响应特性,以及升力系数与横向位移的极限环与分叉等非线性特性。研究结果表明:传热管的流体诱导振动系统存在一个拟上端分支;在均匀湍流流动作用下,三维弹性管的升力与横向位移并未出现周期解的分叉。

三维横向流体诱发直管振动的数值模拟

基于有限体积法和有限元法,结合动网格控制技术,建立了横向流体作用下三维弹性直管流致振动计算的数值模型,实现了计算结构动力学与计算流体力学之间的联合仿真.首先,通过对刚性管的静止绕流计算,研究了网格离散方式和不同湍流模型对圆柱类结构静止绕流流场特征的影响和预测能力,得到了适用于双向耦合分析的CFD模型;其次,利用基于双向流固耦合方法的流致振动模型,计算并分析了流体力与结构位移间的相位关系,指出流体力与位移间的相位差是由流体力引起的,同时对双向耦合和单向耦合进行了比较分析;最后通过对直管流致振动的数值计算,联合管表面压力、尾流区时均速度、分离角等时均量,分析了尾流区的流场特征.

双弹性管流固耦合振动的数值模拟

为研究反应堆结构中诸如燃料棒、蒸汽发生器和其他换热器等管束类结构的流固耦合振动问题,利用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程及有限元方法离散结构动力学方程,结合动网格技术,建立了三维流体诱发弹性管束振动的数值模型,实现了计算结构动力学与计算流体力学之间的双向耦合。得到横流作用下单管的振动响应,并与已有的实验数据比较,证明了本文模型的合理性;对横流作用下的两串列管、两并列管的流固耦合振动进行了数值模拟,着重研究了节径比为1.2、1.6、2、3、4的两弹性管在不同流速作用下的动力学响应及流场特性;得到串列管、并列管的临界间距与临界流速。

传热管在内外流体及间隙作用下的非线性振动特性

考虑轴向伸长引起的几何非线性和间隙支撑非线性,利用尾流振子模型模拟了流体力的变化及传热管振动的耦合,基于力平衡法建立了传热管在内外流体和间隙支撑作用下的非线性运动方程,采用4阶Runge-Kutta算法计算了耦合系统的动力学响应,研究了传热管在内外流体和间隙支撑作用下的非线性响应特性,得到了不同内流速度下以外流速度为分叉参数的分叉图。结果表明,内流速度对有支撑间隙的传热管耦合系统的动力学特性有重要影响。

带热套管的T型接管内流动换热的数值模拟和实验研究

为了分析核反应堆冷却剂系统中带热套管T型接管内由于注入非等温横向射流导致的构件热冲击状况,本文应用计算流体力学商用软件FLUENT5.3进行了紊流流动换热的数值模拟,分析了主管及接管与热套管间环腔内的流动换热特性。针对套管上开有通流小孔,并采用凸台支撑的热套管结构形式,模拟了射流与主流流速比为0.05及0.5两种典型工艺。通过传热实验,研究了主管及接管内壁近壁区域的传热特性,并讨论了热套管尺寸变化对接管热冲击的影响。结果表明,数值模拟与实验数据吻合良好;热套管对构件的热保护程度与热套管结构形式及流速比密切相关;适当减小流速比有利于改善构件热应力状况。

大亚湾核电站小支管振动测量结果分析评定

大亚湾核电站在运行中,有部分辅助系统的小支管(管径不大于5.08cm)的振动较大,并有少数小支管出现振裂的情况,给核电站的安全运行带来不利影响。在大亚湾核电站十年安全审评时对辅助给水系统、安全壳喷淋系统、反应堆换料水池和乏燃料水池冷却和处理系统、化学和容积控制系统、反应堆硼和水补给系统、余热排出系统、安全注入系统和设备冷却水系统的潜在敏感管进行了现场振动测量。本文按相关要求对测量结果进行了分析评定,给出敏感管清单及改造建议。

横掠管束的两相流湍流激振力的包络谱研究

蒸汽发生器等换热器中存在大量受两相流冲刷的管束结构。计算两相流湍流导致的管束振动响应时,需先确定流体激振力的功率谱密度(PSD)。由于缺乏有公认合理的两相流激振力的无量纲归一化方法,从而导致没有可供工程应用的两相流激振力的PSD包络谱。本文通过修改de Langre无量纲归一化方法中的混合物流速定义,获得1组新的两相流激振力PSD的包络谱。通过将本文包络谱与基于单相流的包络谱和de Langre包络谱的对比,并针对非均匀横向两相流作用下的蒸汽发生器U型传热管,计算了3种包络谱作用下的湍流激振响应。结果表明,基于单相流激振力PSD包络谱作为输入计算两相流湍流激振响应并不保守,而本文包络谱在保证安全性的前提下适当降低了de Langre包络谱过高的保守性。