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蒸汽发生器管束流致振动数值模拟仿真分析方法研究及应用
发布时间: 2021-11-10
基本信息
合作方式：
技术服务
成果类型：
新技术
行业领域：
新一代信息技术产业,信息传输、软件和信息技术服务业
成果介绍
蒸汽发生器（以下简称SG）是核岛主回路中最重要的设备之一，其工作状态影响着整个核电站的动态特性，对核电站的安全性和经济性有重大影响。据压水堆核电站事故统计显示，在SG破坏的核电站中，有四分之一的核电站其SG破坏的主要原因即是因为传热管的流致振动，造成了巨大的经济损失和负面影响。 本项目针对SG传热管束在二次侧流体作用下易发生流致振动导致传热管破坏，对SG管束流致振动数值模拟仿真分析方法进行研究，并开发了国内首款涵盖非线性分析功能的SG管束流致振动计算软件（FIVA）。软件涵盖模态分析、流弹不稳定性分析、湍流分析、非线性响应分析、磨损分析和疲劳分析共六个仿真分析模块，通过对传热管实际运行状态的模拟，可以有效预测传热管的流致振动破坏风险和疲劳寿命。 本项目在实施过程中取得了多项突破和创新：（1）研究SG传热管与支撑结构存在微小间隙时的流致振动现象，自主研发相应的碰撞模型。该碰撞模型的建立解决了传热管与支撑结构间发生非线性碰撞时的碰撞力计算问题；（2）提出蒸汽发生器传热管与支撑结构间存在间隙情况下的流致振动非线性分析方法论，通过模拟SG传热管在运行工况中的振动状态，实现了传热管外部载荷，包括接触力、流体弹力和湍流力的数值求解，为SG传热管在非线性条件下的振动响应计算提供了理论基础和解决方案；（3）建立了传热管寿命预测方法体系。研究采用适当的疲劳寿命理论，实现了传热管的寿命计算和预测。（4）完成国内首款具有自主知识产权的功能全面的SG流致振动专用计算软件的研发，软件涵盖模态分析、流弹不稳定性分析、湍流分析、磨损分析、疲劳分析等功能。该软件是国内首款包含非线性分析的流致振动专用计算软件，通过对传热管实际运行状态的模拟，可以有效预测管道的流致振动破坏风险和疲劳寿命。 本项目经过中国核能行业协会组织的专家评审，通过核能行业的技术成果鉴定：成果获得1项软件著作权，发表核心期刊论文4篇，其整体技术达到国内领先、国际先进水平，具有较大的经济和社会效益，以及推广应用前景，对形成国内SG自主研发设计能力具有重大意义。本项目获中电联电力科技创新奖一等奖。 本项目成果已成功应用于华龙一号自主型号蒸汽发生器HL-T67的型号自主研发设计中。蒸汽发生器管束流致振动计算软件FIVA的研发使得我们拥有了具有自主知识产权的软件，推广应用解决了我国在该领域受制于人的局面。项目成果的研发和应用同时为我国华龙一号“走出去”提供强有力的技术支撑和保障。
成果亮点
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