核電站主管道破裂后流體噴射反作用力計算研究.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。長且柔的管道在噴射反力的驅(qū)動下將會發(fā)生甩動，從而可能對周圍結(jié)構(gòu)和設(shè)備造成嚴重破壞，并嚴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

2、行計算研究，以便后期有針對性地對管道甩擊問題進行研究并采取合適的防護措施。對管道甩擊問題而言，流體噴射引起的噴射反力的大小是重要的輸入變量。噴射反力的準確計算是核電站主管道破裂甩擊問題分析及其防護的關(guān)鍵一環(huán)，對其進行深入研究具有重要意義。
　　計算噴射反力的關(guān)鍵在于確定主管道破裂之后管道中流體的速度場、密度場和壓強場。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算得到的噴射反力與美國ANSI規(guī)范（ANSI/ANS-58.2-1988）的計算結(jié)果進行對比驗證。本文的主要研究工作有：
　?。?）當主管道內(nèi)流體為液態(tài)水時，采用水擊理論進行計算，并將求得的噴射反力和美國ANSI規(guī)范進行對比，兩者的相對誤差在2％以內(nèi)。
　?。?）當主管道內(nèi)流體為水蒸氣時，采用理想氣體等截面絕熱流動理論來描述水蒸氣在管道內(nèi)的運動，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，進而計算得到噴射反力。將該法計算得到的噴射反力和美國ANSI規(guī)范進行對比發(fā)現(xiàn)，當摩擦項因子λL/D≤2時，兩者的相對誤差在5%以內(nèi)；當λL/D>2時，相對誤差大于5%。對于實際核電站工程中的主蒸汽管道而言，λL/D的取值通常不會大于1，依據(jù)該理論計算得到的噴射反力可以滿足后期管道甩擊及防護分析的需要。除此之外，本文還討論了管道扁平化對主蒸汽管道噴射反力的影響，結(jié)果表明：管道扁平化對噴射反力的影響不