压水堆核电厂稳压器波动管热分层分析关键技术探讨

压水堆核电厂稳压器波动管(以下简称“波动管”)存在冷热流体分层的现象,影响核电厂的安全运行。针对波动管热分层运行工况存在不确定性的问题,鲜有基于核电厂真实监测数据的分析研究;对于存在热分层的实际运行瞬态,尚缺乏有效的基于设计瞬态参数的包络方法;同时,对于疲劳损伤较为显著的情况,当前基于疲劳裂纹萌生准则的评定方法存在难以满足长寿期安全运行需求的问题。针对上述技术现状,通过调研国内外学者在波动管热分层研究方面的工作,对有限元数值仿真中的网格划分、材料性能设定、边界条件选择、热分层流动仿真和结构应力响应分析技术等内容进行了探讨。同时,对国内某大型压水堆核电厂真实的运行监测数据进行了分析,梳理了基于设计瞬态信息的疲劳损伤包络分析准则和采用疲劳裂纹扩展的损伤容限分析方法。

热预应变对反应堆压力容器材料断裂行为影响研究

压水堆核电站反应堆压力容器(RPV)辐照脆化问题是制约其长期安全服役的主要因素,现有的美国ASME和法国RCC-M规范尚未充分考虑RPV用钢(铁素体材料)的热预应力(WPS)对断裂评价的有益影响。针对某RPV材料(16 MND 5),采用标准CT试样进行室温加载(L)、保持载荷降低测试温度(C),最后加载直至断裂(F)的测试方案(LCF的测试过程)。试验结果表明,在LCF的最后低温断裂阶段,RPV材料实际断裂韧度为基于RCC-M规范预测结果的两倍左右,也明显高于主曲线预测的断裂失效概率为95%对应的材料断裂韧度。因此,在RPV寿期末的脆性断裂评价中,考虑WPS效应会显著提高其安全性能评估裕量。

基于能量最小化准则的RPV堆芯筒体段断裂安全评估

压水堆核电站反应堆压力容器(RPV)辐照脆化问题是制约其长期安全服役的主要因素之一,如何精确预测其断裂行为是行业的技术难点。首先研究了一种基于能量的新型脆性断裂准则(G_(p)准则),论述了该准则可考虑裂纹尖端的拘束效应和卸载效应;然后采用标准拉伸试样测试了材料拉伸性能,基于CT试样测试获得其断裂临界载荷,进行断裂参量计算、断裂韧度预测及断裂评价准则等内容研究;最后针对某RPV堆芯筒体段进行工程案例示范应用。研究结果表明,初步建立的G_(p)断裂评价准则可进行工程实际应用,在工程案例输入瞬态载荷下RPV堆芯结构是安全的。

余热排出系统管道热疲劳裂纹萌生方向的理论和数值研究

在压水堆核电站余热排出系统冷热水混合区管道发现了由热疲劳导致的不同方向的浅裂纹群,疲劳裂纹的萌生方向可根据临界面方向进行预测。本文对临界面方向进行了理论推导,得出了双轴疲劳载荷作用下临界面方向的解析解。基于C++语言开发了临界面方向的分析程序,同时采用C++开发的分析程序和有限元软件Code_Aster计算了临界面方向,并将计算结果与理论解析解进行了对比验证。临界面方向分析结果与余热排出系统管道中发现的热疲劳裂纹方向吻合。研究表明,余热排出系统管道焊接残余应力对热疲劳裂纹萌生方向具有决定性的作用。

余热排出系统管道热疲劳分析模型及寿命预测

余热排出系统管道发现的热疲劳裂纹问题关系到压水堆的安全。本文基于开源有限元软件Code_Aster,采用Lagoda-Macha-Sakane模型预测了余热排出系统管道材料304L不锈钢的疲劳寿命,并根据预测结果提出了改进的Lagoda-Macha-Sakane模型。采用改进的Lagoda-Macha-Sakane模型对余热排出系统管道的热疲劳寿命进行了预测,结果表明预测热疲劳寿命与试验热疲劳寿命吻合。

一种基于能量最小化的断裂准则及其在ABAQUS软件中的应用

研究法国电力公司研发部提出的一个新型的脆性断裂能量准则——G_(p)方法论,该理论将断裂力学和损伤力学相结合,基于能量最小化原则,为判断结构中裂纹是否扩展提供了理论依据。同时,为推动G_(p)方法论的工程应用,基于标准CT50试样,研究了在通用有限元软件ABAQUS中应用G_(p)断裂评估准则的方法。

Code_Saturne程序在安全壳复杂流动中的应用

严重事故下核电安全壳内由于几何与流动的复杂性,需要有可靠的程序对流动进行分析评估.文章采用符合核电安全标准的开源CFD程序Code_Saturne对壳内气体流动进行计算,主要模拟壳内氢气和水蒸气喷放过程.该过程涉及多组分气体低速流动计算浮力效应引起的分层固体结构热传导结构表面与气体之间的热流和冷凝的计算.该程序使用了SIMPLEC格式并添加了低Mach数气体流动算法,基于理想气体模型的多组分模型和薄板结构上的一维热传导模型.同时,在此基础上改进了壁面函数方法,对壁面进行对流传热和传质流动计算.最后利用两个国际化标准问题对该程序及使用的模型进行了验证.

变压器局部放电在线监测信号处理技术的研究

针对运行中变压器局部放电在线监测信号中的强烈窄带干扰,分别研究了基于快速Fourier变换(FFT)和时域分析算法的滤波器,对放电高频信号进行信号处理,以抑制干扰。处理结果表明,高频放电信号样本的信噪比可以提高15～20dB。对处理后的高频信号和同时采集到的超高频信号进行了综合分析,发现两种放电样本中的放电脉冲在时延和幅值上均存在着十分明确的相关关系,而干扰样本中则不存在这种对应关系。这一结果可以为局部放电信号的识别提供分析判断的依据。

采用低马赫数方法对空气射流破坏氦气分层现象的数值模拟

在对低速气体进行计算流体力学(CFD)数值模拟时,通常忽略气体的可压缩性。当计算体系中存在较大温差和较大组分浓度差时,不可压缩近似会因带来很大计算误差而失效。针对此问题,低马赫数方法通过将实际压力拆分为热力学压力和动力学压力的方式,将物性参数与热力学压力联系起来,在对不可压缩流动求解器进行较小改造后,较准确地处理低马赫数下的可压缩流问题。利用Code_Saturne程序实现该模型,并针对空气射流破坏轻密度气体分层现象进行模拟。首先通过网格敏感性分析,选定中等密度网格为计算网格;然后在比较不同算法的模拟结果中发现,采用低马赫数方法可以明显提高计算精度。最后,利用模拟结果,对空气射流破坏氦气分层实验中氦气的水平分布情况进行分析和讨论。