核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管的應(yīng)力分析.pdf

1、蒸汽發(fā)生器是核電站一回路與二回路的樞紐，傳熱管的根部位置是蒸汽發(fā)生器事故的多發(fā)區(qū)。傳熱管壁厚一般為1mm～1.5mm，因此傳熱管是整個一回路壓力邊界中最薄弱的部分。應(yīng)力腐蝕以及微振磨損是傳熱管發(fā)生破損的最主要原因。本文主要利用ANSYS有限元軟件對蒸汽發(fā)生器傳熱管進(jìn)行熱與結(jié)構(gòu)耦合分析、模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析以及流固雙向耦合分析。利用有限元軟件分析傳熱管發(fā)生應(yīng)力腐蝕以及微振磨損的特性。
　　拉應(yīng)力的存在是材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕破損的關(guān)鍵因素

2、。本文首先對傳熱管進(jìn)行熱與結(jié)構(gòu)的耦合場分析。計算結(jié)果顯示在傳熱管的內(nèi)壁面主要分布著壓應(yīng)力，而在傳熱管的外壁面則分布著較大的拉應(yīng)力，尤其是在傳熱管的根部附近。分析可知傳熱管的內(nèi)壁面不易發(fā)生應(yīng)力腐蝕破損，而傳熱管的外壁面尤其是在根部附近很容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕破損。分析結(jié)果與事實情況相符。
　　正常工況，傳熱管工作于高溫和高壓環(huán)境之下。高溫與高壓都可能導(dǎo)致傳熱管內(nèi)部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，為分析傳熱管產(chǎn)生拉應(yīng)力的主要環(huán)境因素，利用AYSYS有限元

3、軟件分別對傳熱管進(jìn)行熱分析計算以及結(jié)構(gòu)分析計算。計算結(jié)果顯示傳熱管在高溫條件下內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力值約比高壓條件下內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力值大兩個數(shù)量級。得出高溫環(huán)境是導(dǎo)致傳熱管發(fā)生應(yīng)力腐蝕破損的深層原因。
　　傳熱管二次側(cè)流體激勵會引起傳熱管振動，振動導(dǎo)致傳熱管與支撐板和防振條發(fā)生碰撞磨損。一般情況下縱向流引起的振動振幅較小，危害也較小。橫向流是引起振動的主要原因，傳熱管振動受力近似為具有周期性的諧響應(yīng)載荷，通過諧響應(yīng)分析可以清楚傳熱管在流

4、體作用下的動態(tài)響應(yīng)。利用AYSYS有限元軟件完成了對傳熱管的模態(tài)分析，模態(tài)分析計算出傳熱管前3階固有頻率以及對應(yīng)的模態(tài)振型。在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上完成了諧響應(yīng)分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)諧響應(yīng)載荷頻率靠近傳熱管固有頻率時，將導(dǎo)致傳熱管的共振，并給出了傳熱管在發(fā)生共振時內(nèi)部應(yīng)力分布情況。
　　最后利用ANSYS/FLOTRAN對蒸汽發(fā)生器傳熱管進(jìn)行了流固雙向耦合分析。分析結(jié)果顯示在傳熱管尾部出現(xiàn)了周期性的渦流脫落現(xiàn)象，脫體漩渦離開管道表面使管道表面產(chǎn)生