【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及蒸汽发生器异物管理及评估，尤其涉及一种蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法。
技术介绍
1、蒸汽发生器是核电厂核岛内关键设备，是核电厂一回路及二回路重要压力边界。蒸汽发生器二次侧异物侵入是国内外核电厂历次大修面临的一个共性问题，经验表明，蒸汽发生器在制造、运行以及检修过程中均可能造成异物进入其二次侧，并在水流冲击、结构振动长期作用下，对传热管造成磨损损伤。异物磨损作为传热管重要的潜在降质机制之一，是威胁蒸汽发生器结构完整性和泄漏完整性的主要因素。
2、传热管异物磨损的直接诱因是：在二次侧流动介质的作用下传热管与异物产生相对滑动并导致磨损。前期，由于业内对异物运动规律和传热管磨损演变规律认知不充分，且考虑到异物磨损评估问题本身的复杂性，现有的评估方法通常基于“两者的相对运动主要由传热管的流致振动导致”的简化假设，因此其核心在于求解传热管的固有振动特性以及在二次侧介质流致振动所导致的横向振动位移。现有异物磨损评估流程如图1所示，根据蒸汽发生器结构和运行参数，采用热工分析和模态分析技术求解二次侧流体状态以及传热管固有频率，并以此为输入采用流致振动分析方法进行传热管横向位移求解，最终实现传热管异物磨损许用磨损时间的求解。
3、但该方法的前提假设与实际情况存在一定的差异。根据国内外二次侧异物位置分布规律，绝大多数异物位于管板上表面，由于传热管底部与管板刚性连接，从结构设计上此处传热管不会产生明显的流致振动位移。此外，根据实际出现的异物磨损形貌来看，传热管磨损更多表现为轴向形貌，而非传热管横向流致振动所产生
4、目前，传热管异物磨损机理逐渐清晰，即异物在二次侧介质的湍流激励作用下与传热管发生轴向相对滑动，从而在长周期运行下对传热管产生微振磨损。因此，传热管异物磨损评估首先需重点解决二次侧异物湍流激励力的求解。此外，异物磨损的定量评估为一个多参数耦合的复杂问题，涉及异物参数的多样性、湍流激励的随机性、相对运动状态求解的复杂性等。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，解决了在复杂湍流作用下的传热管异物磨损风险的定量评估问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，包括以下步骤：
4、步骤1：根据蒸汽发生器结构特点、运行参数，进行全管束三维流场分析，得到全管束流场状态；
5、步骤2：进行异物局部子模型三维流场分析，求解异物的湍流升力、湍流曳力时域结果；
6、步骤3：对不同尺寸异物的湍流升力、湍流曳力时域结果进行湍流力功率谱密度归一化及包络处理；
7、步骤4：进行异物动力学响应分析；
8、步骤5：求解单位时间内的平均磨损功率；
9、步骤6：计算许用磨损体积；
10、步骤7：基于异物动力学响应分析结果，求解许用磨损体积对应的许用磨损时间。
11、步骤1具体包括：根据蒸汽发生器结构特点、运行参数，对分析部位所涉及的零部件进行简化，建立管板至第一层管束支撑板之间的全管束cfd分析模型，求解全管束流场参数分布状态。
12、进一步地，流场参数包括管间间隙流速、流体密度。
13、步骤2具体包括：基于cfd子模型映射分析，根据步骤1的全管束三维流场分析的计算结果，提取异物局部子模型的流场边界条件，求解异物承载的湍流升力、湍流曳力时域结果。
14、步骤3具体包括：通过多尺寸工况计算得到不同尺寸的异物所对应的湍流力时域结果，并基于傅里叶变换将湍流力时域结果进行psd频域转化，并根据某一类典型异物形状的特征尺寸对其进行psd归一化处理，其中归一化频率为f归一化＝fd传热管/up，最后对不同尺寸异物的psd进行包络处理，从而得到该类异物的包络湍流力psd输入，并基于傅里叶逆变换将其转化为包络湍流力时域输入。
15、步骤4具体包括：结合步骤3的湍流力功率谱密度归一化及包络结果以及各作用力求解结果，基于刚体动力学方程进行各作用力综合作用下的异物运动加速度求解，并通过数值积分计算方法分别求解对应的异物速度和位移的时域结果。
16、作用力包括异物湍流升力、湍流曳力、稳态流体力、加速度相关附加质量惯性力、速度相关流体阻尼力、等效重力、摩擦力、异物/管板撞击阻尼力。
17、步骤5具体包括：基于archard磨损方程求解各时刻的瞬时磨损功率进而计算单位时间t内的平均磨损功率
18、步骤6具体包括：根据异物磨痕形状、堵管准则计算对应的许用磨损体积v＝drms·a(h)，其中drms为步骤4中异物位移的均方根值计算结果，a(h)为堵管准则确定的传热管剩余临界壁厚所对应的磨痕截面积。
19、步骤7具体包括：基于步骤5求解的异物平均磨损功率、步骤6的许用磨损体积计算结果，计算许用磨损体积vc所对应的许用磨损时间
20、与现有技术相比，本专利技术提供的蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法具有以下有益效果：
21、本专利技术更加准确地表征实际的传热管/异物磨损过程，并系统性地给出了一套合理的异物磨损评估流程，给核电厂进行快速、准确的异物磨损风险评估以及建立科学的异物取出分级管理策略提供坚实的理论依据，对核电厂的安全与经济运行具有十分重要的意义。
22、本专利技术基于更加真实的传热管异物磨损机理，系统性地提供一套合理的蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，实现异物磨损风险的定量评估，并以此为依据指导核电厂建立科学的异物取出分级管理策略。
23、本专利技术提供的评估方法在表征异物磨损机理的准确性、所考虑影响因素的全面性、管板任意异物位置的适用性、不同形状/尺寸异物的磨损评估适用性及简便性等方面均具有明显优势。
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1.一种蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，其特征在于，步骤1具体包括：根据蒸汽发生器结构特点、运行参数，对分析部位所涉及的零部件进行简化，建立管板至第一层管束支撑板之间的全管束CFD分析模型，求解全管束流场参数分布状态。
3.根据权利要求2所述的蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，其特征在于，流场参数包括管间间隙流速、流体密度。
4.根据权利要求1所述的蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，其特征在于，步骤2具体包括：基于CFD子模型映射分析，根据步骤1的全管束三维流场分析的计算结果，提取异物局部子模型的流场边界条件，求解异物承载的湍流升力、湍流曳力时域结果。
5.根据权利要求1所述的蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，其特征在于，步骤3具体包括：通过多尺寸工况计算得到不同尺寸的异物所对应的湍流力时域结果，并基于傅里叶变换将湍流力时域结果进行PSD频域转化，并根据某一类典型异物形状的特征尺寸对其进行PSD归一化处理，其中归一化频率为f归一化＝fD传热管/U
6.根据权利要求1所述的蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，其特征在于，步骤4具体包括：结合步骤3的湍流力功率谱密度归一化及包络结果以及各作用力求解结果，基于刚体动力学方程进行各作用力综合作用下的异物运动加速度求解，并通过数值积分计算方法分别求解对应的异物速度和位移的时域结果。
7.根据权利要求6所述的蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，其特征在于，作用力包括异物湍流升力、湍流曳力、稳态流体力、加速度相关附加质量惯性力、速度相关流体阻尼力、等效重力、摩擦力、异物/管板撞击阻尼力。
8.根据权利要求1所述的蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，其特征在于，步骤5具体包括：基于Archard磨损方程求解各时刻的瞬时磨损功率进而计算单位时间T内的平均磨损功率
9.根据权利要求1所述的蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，其特征在于，步骤6具体包括：根据异物磨痕形状、堵管准则计算对应的许用磨损体积V＝DRMS·A(h)，其中DRMS为步骤4中异物位移的均方根值计算结果，A(h)为堵管准则确定的传热管剩余临界壁厚所对应的磨痕截面积。
10.根据权利要求1所述的蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，其特征在于，步骤7具体包括：基于步骤5求解的异物平均磨损功率、步骤6的许用磨损体积计算结果，计算许用磨损体积VC所对应的许用磨损时间
...【技术特征摘要】
1.一种蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，其特征在于，步骤1具体包括：根据蒸汽发生器结构特点、运行参数，对分析部位所涉及的零部件进行简化，建立管板至第一层管束支撑板之间的全管束cfd分析模型，求解全管束流场参数分布状态。
3.根据权利要求2所述的蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，其特征在于，流场参数包括管间间隙流速、流体密度。
4.根据权利要求1所述的蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，其特征在于，步骤2具体包括：基于cfd子模型映射分析，根据步骤1的全管束三维流场分析的计算结果，提取异物局部子模型的流场边界条件，求解异物承载的湍流升力、湍流曳力时域结果。
5.根据权利要求1所述的蒸汽发生器二次侧异物磨损评估方法，其特征在于，步骤3具体包括：通过多尺寸工况计算得到不同尺寸的异物所对应的湍流力时域结果，并基于傅里叶变换将湍流力时域结果进行psd频域转化，并根据某一类典型异物形状的特征尺寸对其进行psd归一化处理，其中归一化频率为f归一化＝fd传热管/up，最后对不同尺寸异物的psd进行包络处理，从而得到该类异物的包络湍流力psd输入，并基于傅里叶逆变换将其转化为包络湍流力时域输入。
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：童伟，施少波，陈雪瑶，桂春，熊昌怀，
申请(专利权)人：中核武汉核电运行技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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