核电站主管道-限制件系统甩击过程的数值模拟与简化分析

摘要

由于内部缺陷、管道老化或遭遇地震等偶然事故工况影响，核电站中高温、高压条件下运行的主蒸汽、主给水管道在长期服役过程中极有可能产生破裂，致使管道内部高压流体从破口处高速喷出。在巨大的喷射反力作用下，管道可能产生大范围甩动从而对核电站造成严重破坏。因而需要设置防甩击限制件对管道甩击进行防护。研究在喷射力作用下管道－限制件系统的受力和变形，对于管道防甩击设计、保障核电站的安全具有重要意义。
　　以美法为代表的核电大国早在上世纪60年代起便对管道甩击问题开展了大量的理论与试验研究，其编制的管道甩击分析软件长期垄断国内外核电建设市场。当前中国正在大力开展核电建设，为了降低对国外核电技术的依赖，近些年国内越来越多的学者开始关注管道甩击问题的研究。
　　计算机技术以及有限元理论的发展，为管道甩击问题的研究提供了新的途径。本文采用数值模拟的方法对管道－限制件系统的甩击过程开展了一系列研究，在此基础上完善了管道甩击简化分析方法以便于实际工程应用。主要研究内容如下：
　　（1）基于ABAQUS有限元分析软件建立了管道－限制件系统有限元模型，通过与日本原子能研究中心进行的管道甩击试验进行对比，验证了有限元模型的可靠性。
　　（2）对环向断裂工况下管道－限制件系统甩击过程进行数值模拟，研究并建立简化计算模型。总结了动力学法、能量平衡法和力矩平衡法三种环向断裂下管道甩击简化分析方法，并通过算例分析对这三种简化算法进行横向对比。
　　（3）基于悬臂梁模型对限制件的布置位置、限制件与管道间的初始间隙以及限制件与管道间摩擦作用对管道－限制件系统甩击过程中受力与变形的影响进行分析，并对实际工程中防甩击限制件的优化布置提出建议。
　　（4）对纵向破裂工况下管道－限制件系统甩击过程进行数值模拟，建立了三类适用于不同情况的简化计算模型。基于能量平衡原理推导了纵向破裂下管道－限制件系统甩击过程的简化分析方法。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 管道甩击问题概述

1.3 管道－限制件系统甩击过程研究现状

1.4 本文主要研究工作

第2章 管道－限制件系统有限元模型建立及可靠性验证

2.1 引言

2.2 有限元建模方法

2.3试验验证

2.4 本章小结

第3章 环向断裂下管道－限制件系统甩击过程简化分析

3.1 引言

3.2简化计算模型建立

3.3甩击过程简化分析方法

3.4算例分析

3.5 本章小结

第4章 管道－限制件系统甩击过程影响因素分析

4.1 引言

4.2 限制件布置位置的影响

4.3 管道与限制件间初始间隙的影响

4.4 管道与限制件间摩擦作用的影响

4.5 本章小结

第5章 纵向破裂下管道－限制件系统甩击过程简化分析

5.1 引言

5.2简化计算模型建立

5.3甩击过程简化分析方法

5.4 算例分析

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

声明

致谢