蒸汽发生器U型传热管流致振动分析评价技术研究

摘要

压水堆核电站通常采用立式、自然循环、倒U型管式蒸汽发生器。压水堆核电站的蒸汽发生器的U型传热管是隔开一、二回路的关键结构，也是一回路压力边界的重要组成部分，其完整性对于蒸汽发生器、对于整个核电站的安全运行都十分重要。蒸汽发生器的U型传热管在二次侧流体的冲刷作用下，容易产生流致振动现象。流致振动会引起部件疲劳和磨损，进而失效，可能造成放射性物质泄漏，给反应堆的正常运行带来危害，造成经济损失和社会影响。因此针对于U型传热管进行流致振动研究对压水堆蒸汽发生器的运行有着重要的意义。
　　本文主要研究了不同给水比例、不同空泡份额工况下的单相、两相流诱发的U型管的流致振动行为，希望为核电站蒸汽发生器的结构抗振设计和安全分析提供一定的参考。本文进行了实验和数值计算两方面的工作。实验方面，目前普遍使用的模拟两相流的做法中，使用空气—水混合物，具有简单、经济、环保的优点，且方便控制含气量，能满足高含气量的实验要求。本实验针对于U型管蒸汽发生器，采用比例为1∶1的局部模型实验台架，选取水和空气—水混合物分别作为实验的流体介质进行单相、两相实验。数值计算方面，利用ANSYSCFX软件进行，采用k-ε模型，不考虑传热，研究蒸汽发生模拟装置内的流场分布，发现在蒸汽发生器进水口处和弯管区域，蒸汽发生器传热管受到较大的横向水流作用，由横向流引起的最大传热管振动也会出现在这些位置附近。数值计算可以为实验测量提供基础。本文为后续的实验和蒸汽发生器流致振动程序的开发提供一些参考。
　　本文的实验给出了压水堆蒸汽发生器U型管在单相及两相工况下的振动位移响应，并通过快速傅里叶变换得到了激励能量在频域上的分布情况，最终得到了U型传热管的振动位移与给水流量和空泡份额的关系式，为传热管流致振动软件开发提供数据支持，为核电站蒸汽发生器在流致振动作用下的结构设计和安全评价提供技术参考。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 管束流致振动的理论研究

1．2．2 管束流致振动的模拟研究

1．2．3 管束流致振动的实验研究

1．3 本文研究内容

第2章 实验装置介绍

2．1 系统组成

2．1．1 实验段

2．1．2 相似性分析

2．1．3 其他实验设备

2．1．4 数据采集系统

2．2 测量系统

2．2．1 传感器

2．2．2 测点布置

2．3 本章小结

3．1 实验工况

3．1．1 单相实验工况

3．1．2 两相实验工况

3．2 实验步骤

3．2．1 单相实验

3．2．2 两相实验

3．3 本章小结

第4章 实验结果及分析

4．1 单相工况

4．1．1 工况一(总流量为2m3／h)

4．1．2 工况二(总流量为3m3／h)

4．2 两相工况

4．2．1 按照不同空泡份额

4．2．2 按照不同给水流量

4．3 数据拟合

4．4 实验数据不确定度分析

4．4．1 本实验数据误差的来源

4．4．2 实验不确定度组成

4．5 本章小结

第5章 模拟计算

5．1 CFX软件计算

5．2 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢