快堆蒸汽发生器换热管流致振动及微动磨损分析程序的研发

摘要

蒸汽发生器是快堆的一个关键设备，它担负着将二回路钠冷却剂的热量传递给三回路水和水蒸汽的功能。蒸汽发生器换热管的破损会使得钠和水发生接触并产生剧烈的化学反应，进而可能影响核电站的安全运行，因此保证换热管的完整性非常重要。
　　对于换热管，壳侧液态钠的冲刷作用引起的流致振动以及微动磨损是导致管壁破裂的重要因素，尤其是蒸汽发生器进出口处钠的横向流动。换热管的流致振动和微动磨损与管子的节径比、管束排列方式、管子的跨段设计以及壳侧钠流体流场等均密切相关，在设计阶段需要进行流致振动评估和微动磨损计算，但目前尚无针对快堆实际结构以及工况的流致振动和微动磨损计算软件。此外针对流致振动有多种设计规范，这些规范如何应用以及在具体设计参数下的评价结果有待进一步分析。
　　本文针对快堆蒸汽发生器换热管实际工况提出一种三维流场速度处理方法，对换热管有效质量、对数衰减率、固有频率等关键参数的计算方法进行对比分析，以ASME、TEMA、GB151推荐的对流致振动各机理的计算方法为核心并调研大量相关文献，重点研究漩涡脱落、湍流激振、流体弹性不稳定这三种流致振动诱发机理，使用改进后的Achard微动磨损计算模型，最终搭建出合理完整的适合快堆蒸汽发生器换热管的流致振动及微动磨损计算的数理模型，并基于FORTRAN程序开发出对应软件，该程序可按照三大标准分别进行计算供设计人员进行参考。本文还针对主流标准进行总结分析，最后通过算例进行了对比计算。
　　通过与商业软件ANSYS、GB151算例以及采用非线性有限元方法的微动磨损计算软件VIBIC等的计算结果进行对比，验证了本文所建立的数理模型、分析计算方法和开发的软件是适用可靠的，本软件可以用来进行快堆蒸汽发生器换热管流致振动及微动磨损相关计算。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 国内外标准概述及研究现状

1．3 本文研究的主要内容和创新点

第2章 理论分析

2．1 三维流场速度处理

2．2 有效质量选取

2．2．1 GB151和TEMA有效质量

2．2．2 ASME有效质量

2．2．3 附加质量系数计算对比分析

2．3 模态计算分析

2．3．1 GB151模态计算

2．3．2 TEMA模态计算

2．3．3 ASME模态计算

2．4 对数衰减率计算分析

2．4．1 GB151对数衰减率

2．4．2 TEMA对数衰减率

2．4．3 ASME对数衰减率

2．5 流致振动的机理及判定准则

2．5．1 横向流诱发换热管振动

2．5．2 轴向流诱发换热管振动—湍流抖振

2．6 微动磨损模型选取

2．6．1 理论分析

2．6．2 判定准则

第3章 软件设计

3．1 程序功能

3．2 程序输入输出

3．3 程序组成

第4章 程序验证和算例

4．1 模态计算验证

4．2 流致振动计算验证

4．3 微动磨损模型验证

4．4 程序验证小结

5．1 结论

5．2 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