, .

CAD / CAM / CAE - софтуерни решения и технологии.

.

АБОНИРАЙТЕ СЕ

Бюлетин

Абонамент за е-бюлетин




Анкета

Как да изглежда форума в частта, касаеща софтуера?
1. Да се раздели по категории - CAD, CAM, CAE
2. Да не се променя
3. Друго - отправете предложения

ПОДОБРЯВАНЕ НА ЯДРЕНАТА БЕЗОПАСНОСТ ЧРЕЗ КОМПОЗИТЕН АНАЛИЗ.

ПОДОБРЯВАНЕ НА ЯДРЕНАТА БЕЗОПАСНОСТ ЧРЕЗ КОМПОЗИТЕН АНАЛИЗ

 

Изследване надеждността на “CANDU” (“CANada Deuterium Uranium”) реактор чрез комбиниране на хидротермален и деформационен анализ на захранващите охладителни тръби.

Myung Jo Jhung, , Korea Institute of Nuclear Safety, Daejeon, South Koreа

Превод: инж. Красимир Захариев

 

При производството на електроенергия в атомни централи най-важната задача е опазването на околната среда и здравето на населението от радиационно облъчване. В Корейския Институт по Ядрена Безопасност (КИЯБ) се разработват и внедряват програми по безопасност, като инспекции, регулационни стандарти и следене на радиационния фон в Корея. За да се поддържа и подобрява нивото на безопасността се налага непрекъснато навлизане на нови технологии при предвиждането, изследването и ремонтните дейности, съпроводени с експлоатацията на централите.

            В определени ситуации много от компонентите, изграждащи една атомна централа, могат да бъдат подложени на екстремни натоварвания, които да застрашат интегритета им. Надеждността се осигурява чрез предвиждането и симулирането на ситуации, които могат да доведат до аварии. Ключов инструмент при анализирането им е т. н. флуидно-деформационен анализ (ФДА). При ФДА резултатите от флуидния анализ с конвекционно топлопренасяне се използват като гранични условия за деформационния анализ. В близкото минало поради софтуерни и хардуерни ограничения тези два етапа от анализа бяха напълно разделени. Сега вече съществуват решения, които позволяват свързването и оптимизирането им за по-реалистично представяне на физичните процеси.

Фиг. 1: „ANSYS CFX” модел на външната стена (ляво) и вътрешната стена (дясно).

            Инженерите от КИЯБ представят резултати от изследването на напрегнатото състояние на тръба с две колена в резултат от хидротермални натоварвания. Тръбата е част от главната охладителна система на ядреното гориво в “CANDU реактора, и е подложена на цикъл на загряване и охлаждане. В последствие учените прогнозират живота на тръбата чрез изчисления за броя на цикличите натоварвания при умора на материала.

            Работната групата избира системата „ANSYS Mechanical” за моделиране чрез метода на крайните елементи (МКЕ). При генерирането на напрегнатото състояние се използват резултатите за повърхностното налягане и температурното поле. Работният цикъл на загряване и охлаждане е с продължителност от 180 сек. При натоварване само с вътрешно налягане от 10 MPа се установява, че критичните зони на напрегнатото състояние са вътрешната извивка на двете колена. Също така градиентите на главните напрежения са по-неблагоприятни по вътрешната стена на коляното отколкото по външната.

            Чрез „ANSYS CFX се извършва хидравличен анализ на потока от „тежка” вода през тръбата и се определя температурното поле в материала ѝ. Като начални гранични условия е зададен статичен флуид и температура на водата и тръбата 20°С. Поради протичащите термомеханични процеси при преминаването на „тежката” вода през тръбата се повишава температурата ѝ. В модела е заложено константно хидростатично налягане от 10 МPа и променливи свойства на материала в зависимост от температурата.

        

Фиг. 2: Термичен цикъл на загряване и охлаждане приложен върху модела на тръбата.

След това инженерите от КИЯБ използват резултатите за температурното поле от хидравличния анализ като входяща информация за структурен анализ, от който се получава напрегнатото състояние на тръбата. Резултатите включват промяната на напреженията по време на 30 секундното загряване и 100 секундното охлаждане от работния цикъл. При анализа на резултатите и сравняването на фазата на загряване с фазата на охлаждане, специалистите определят като зони с най-критични аксиални и радиални напрежения външната стена на коляното при загряване и вътрешната стена при охлаждане. Тук, както и при първия анализ е  установено, че максималните напрежения са по вътрешната извивка на коляното.

Фиг. 3:  Еквивалентни напрежения в тръбата при постоянно хидростатично налягане от 10 МPа. Линията посочва сечението, в което са извършени изчисленията за градиента на екивалентните напрежения и техните компоненти.

            Комбинацията от напреженията от термичното натоварване и напреженията от хидростатичното натоварване даваt максимално еквивалентно напрежение от 19 МPа. От кривата на умора при циклично натоварване на въглеродна стомана (1) се установява, че това напрежение е под границата на умора, което позволява тръбата да премине безаварийно през повече от 106 цикъла на натоварване – много повече от това, което се очаква при нормални условия. Тези резултати позволяват на изследователите от КИЯБ да заключат, че комулативният фактор на експлоатация е неограничен и този сценарий на термично циклично натоварване със загряване и охлаждане има незначителен ефект при предвидения операционен период.

Фиг. 4: Рапределение на температурното поле по време на термичен цикъл. От ляво на дясно: 10, 30 , 70 , 100, 130 секунди, в син цвят са по-ниските температури, а с червен по-високите.

            Системата „ANSYS” позволява на екипа от КИЯБ успешно да извърши комбиниран хидротермален и деформационен анализ на част от охладителната система на „CANDU” реактор, който потвърждава предварителната оценка за състоянието на тръбата.  Пълното съвместяване на двата анализа позволява ефективното изследване на протичащите взаимносвързани физични процеси, като се намалява времето и цената за извършването му. Същевременно този подход предлага и по-реалистична визуализация на поведението на компонентите при дадените работни условия.

 

Литература:

(1)    ASME, Boiler and Pressure VesselCode, Section III, Appendix I, The American Society of Mechanical Engineers, 2004.