核電站主管道破裂后流體噴射反作用力計(jì)算研究.pdf

1、主蒸汽、主給水管道是核電站的重要組成部分。由于地震、疲勞應(yīng)力等原因，在高溫、高壓條件下運(yùn)行的主蒸汽、主給水管道有可能發(fā)生破裂。管道一旦破裂，流體將從管道破口處高速噴出并伴隨產(chǎn)生巨大的噴射反作用力。長(zhǎng)且柔的管道在噴射反力的驅(qū)動(dòng)下將會(huì)發(fā)生甩動(dòng)，從而可能對(duì)周圍結(jié)構(gòu)和設(shè)備造成嚴(yán)重破壞，并嚴(yán)重威脅到周邊工作人員的人身安全，甚至可能影響到核安全并導(dǎo)致難以承受的二次災(zāi)害的發(fā)生。因此，非常有必要對(duì)極端條件下有可能發(fā)生的管道破裂及流體噴射產(chǎn)生的反作用力進(jìn)

2、行計(jì)算研究，以便后期有針對(duì)性地對(duì)管道甩擊問題進(jìn)行研究并采取合適的防護(hù)措施。對(duì)管道甩擊問題而言，流體噴射引起的噴射反力的大小是重要的輸入變量。噴射反力的準(zhǔn)確計(jì)算是核電站主管道破裂甩擊問題分析及其防護(hù)的關(guān)鍵一環(huán)，對(duì)其進(jìn)行深入研究具有重要意義。
　　計(jì)算噴射反力的關(guān)鍵在于確定主管道破裂之后管道中流體的速度場(chǎng)、密度場(chǎng)和壓強(qiáng)場(chǎng)。核電站主管道中的水可能以液態(tài)水、水蒸氣或氣水混合物的狀態(tài)存在，且這三種狀態(tài)下流體的特性各不相同。本文區(qū)分這三種狀態(tài)

3、并分別給出噴射反力的求解方法，之后將之應(yīng)用于具體算例的分析并將計(jì)算得到的噴射反力與美國(guó)ANSI規(guī)范（ANSI/ANS-58.2-1988）的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。本文的主要研究工作有：
　?。?）當(dāng)主管道內(nèi)流體為液態(tài)水時(shí)，采用水擊理論進(jìn)行計(jì)算，并將求得的噴射反力和美國(guó)ANSI規(guī)范進(jìn)行對(duì)比，兩者的相對(duì)誤差在2％以內(nèi)。
　?。?）當(dāng)主管道內(nèi)流體為水蒸氣時(shí)，采用理想氣體等截面絕熱流動(dòng)理論來描述水蒸氣在管道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，并假設(shè)管道上游滿

4、足等熵流條件以及管道下游滿足臨界流條件，進(jìn)而計(jì)算得到噴射反力。將該法計(jì)算得到的噴射反力和美國(guó)ANSI規(guī)范進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摩擦項(xiàng)因子λL/D≤2時(shí)，兩者的相對(duì)誤差在5%以內(nèi)；當(dāng)λL/D>2時(shí)，相對(duì)誤差大于5%。對(duì)于實(shí)際核電站工程中的主蒸汽管道而言，λL/D的取值通常不會(huì)大于1，依據(jù)該理論計(jì)算得到的噴射反力可以滿足后期管道甩擊及防護(hù)分析的需要。除此之外，本文還討論了管道扁平化對(duì)主蒸汽管道噴射反力的影響，結(jié)果表明：管道扁平化對(duì)噴射反力的影響不