論核電廠高能管道破裂噴射沖擊影響區(qū)域

論核電廠高能管道破裂噴射沖擊影響區(qū)域

摘要：在設(shè)計核電廠的時候設(shè)計者最需要考慮的一個問題就是怎么解決高能管道破裂問題。因為從高能管道破口噴射出的物質(zhì)會對四周的建筑物和設(shè)備產(chǎn)生非常嚴(yán)重的噴射沖擊效果。本文通過分析核電廠高能管道破裂出現(xiàn)的原因，同時計算噴射流模型和噴射錐的計算方法，通過分析的結(jié)果總結(jié)出更多設(shè)計核電廠高能管道破裂防護(hù)的條件，希望能夠為以后的設(shè)計人員提供一些幫助。關(guān)鍵詞:核電廠；高能管道；破裂噴射；沖擊因為核電廠里面有很多的高能管道，這些管道會設(shè)計很多的接口處和端口處，在設(shè)計的時候如果不設(shè)計好高能管道，就會出現(xiàn)高能管道破裂，破裂之后就會影響整個系統(tǒng)的發(fā)展，嚴(yán)重的時候還會出現(xiàn)核電廠停止生產(chǎn)的現(xiàn)象。核電廠高能管道斷裂破壞會造成非常大的影響，所以現(xiàn)在已經(jīng)收到核電站設(shè)計者和很多安全管理人員的重視。核電站的設(shè)計人員在設(shè)計的時候會使用非常多的方法來進(jìn)行試驗，通過提高和分析方法來防止高能管道破裂對核電站的破壞，這樣就能更好的保證核電站的安全。核電廠高能管道就是核電廠在正常工作的時候運行的壓力超過2MPa或者溫度超過100℃的管道。在核電廠里面有非常多的高能管道，高能管道主要存在的系統(tǒng)包括：化學(xué)和容積控制系統(tǒng)、安全注入系統(tǒng)等。在核電廠里面最嚴(yán)重的問題就是高能管道破裂問題，所以在設(shè)計的時候設(shè)計師需要重點考慮這個問題，核電廠高能管道破裂噴射出來的物質(zhì)會對目標(biāo)造成噴射沖擊效應(yīng)。一、核電廠高能管道破裂噴射流模型核電廠管道破裂之后管道里面的流體介質(zhì)噴射出來之后會形成高速噴射流，這些噴射流的類型主要包括：1、核電廠高能管道破裂噴射無膨脹噴射流在冷水管道里面的流體在噴放的時候形成的不可壓縮噴射流就是無膨脹噴射流。如圖所示是環(huán)向破裂-無膨脹噴射流的示意圖：2、核電廠高能管道破裂噴射膨脹噴射流在飽和水或者是過冷水管道里面噴射出來的流體介質(zhì)會出現(xiàn)快速閃蒸現(xiàn)象，之后形成濕蒸汽，閃蒸之后會增加噴射流的直徑，最終形成的就是膨脹噴射流。如圖所示就是環(huán)向破裂-膨脹噴射流的示意圖：3、核電廠高能管道破裂噴射錐幾何在充滿飽和水和過冷水的管道里面噴射出來的錐形膨脹噴射流就是噴射錐，如圖所示是噴射錐區(qū)域范圍：根據(jù)圖上提供的數(shù)據(jù)能夠知道在噴射錐區(qū)域Region1里面的障礙物會受到破口上游滯止壓力的噴射沖擊作用。在噴射錐區(qū)域Region2里面是噴射流體自由膨脹的區(qū)域。Region3的區(qū)域是漸進(jìn)平面之后的區(qū)域，在這個區(qū)域里面噴射出來的流體經(jīng)過自由膨脹之后能夠和周圍的空氣進(jìn)行混合，并且開始像四周進(jìn)行膨脹蔓延。在Region1里面是噴射流的主要核心區(qū)域，在Region2里面和射流核心區(qū)進(jìn)行連接，在通過漸進(jìn)平面和Region3進(jìn)行相交，在Region3里面是空氣和噴射流相互摻雜的區(qū)域。二、核電廠高能管道破裂噴射沖擊影響區(qū)域?qū)嶒灒?、核電廠高能管道破裂噴射選取的實驗分析對象在進(jìn)行分析的時候選擇核電廠安全注入系統(tǒng)里面的一條DN200的高能管道，核電廠專設(shè)的安全設(shè)施就是安全注入系統(tǒng)，安全注入系統(tǒng)主要的功能包括：（1）用來穩(wěn)定穩(wěn)壓器里面的水位；（2）限制燃燒元件溫度的上升；（3）防止堆芯重返。選擇的RIS系統(tǒng)高能管道的參數(shù)如圖所示：參數(shù)參數(shù)值名義直徑DN200管道外徑219.10mm管道壁厚12.70mm介質(zhì)類型液態(tài)水設(shè)計壓力8.0Pa（g）設(shè)計溫度180℃2、核電廠高能管道破裂噴射實驗計算結(jié)果與分析在進(jìn)行實驗的時候會選擇不同形式的壓力和溫度，在選取壓力和溫度參數(shù)的時候需要注意以下幾點：高能管道在正確運行的時候選取的壓力和溫度參數(shù)低于設(shè)計工況；按照相應(yīng)的設(shè)計壓力選擇合適的溫度，在根據(jù)壓力和溫度計算出噴射幾何參數(shù)和破口處流體的推力；通過壓力值計算出噴射錐的幾何參數(shù)。（1）如圖所示是核電廠高能管道破裂噴射實驗流體介質(zhì)和溫度的關(guān)系圖：從圖上的數(shù)據(jù)分析能夠知道當(dāng)溫度逐漸上升的時候，流體介質(zhì)的焓量也在不斷的增加，當(dāng)流體介質(zhì)噴射到外界環(huán)境之后，液態(tài)水會經(jīng)過閃蒸之后變成水蒸汽，水蒸汽上升之后就會讓噴射流膨脹的更加劇烈，噴射影響的區(qū)域就會變得越來越大。（2）為了更好的通過實驗了解噴射錐幾何外形的溫度變化趨勢，需要先繪制出能夠起到分析結(jié)果的噴射錐輪廓圖，在根據(jù)圖上的內(nèi)容分析RIS系統(tǒng)高能管道破裂的噴射錐幾何參數(shù)。如圖所示是核電廠高能管道破裂噴射實驗噴射錐幾何參數(shù)圖：從圖上的數(shù)據(jù)能夠知道，如果核電廠高能管道破裂噴射出來的流體介質(zhì)溫度不變的時候，噴射錐的幾何參數(shù)會隨著壓力的變化出現(xiàn)變小的趨勢，最小的時候圖形會變成水平狀。出現(xiàn)水平狀說明噴射沖擊的影響區(qū)域會受到流體介質(zhì)的溫度影響，和壓力的關(guān)系不大。（3）在過冷水噴放的時候流體介質(zhì)會有一部分變成汽化熱，最后變成水蒸汽，這就是閃蒸過程。需要注意的是核電廠高能管道破裂噴射沖擊的影響區(qū)域除了會對周圍產(chǎn)生影響之外還會對整個管道系統(tǒng)造成一定的影響。如圖所示是核電廠高能管道破裂噴射實驗破口處流體推力的數(shù)據(jù)：工況壓力P（MPa,g）溫度T（℃）推力系統(tǒng)流體推力（kN）A-18.01801.872441.37A-28.01701.902448.45A-38.01601.928454.54A-48.01501.950459.66A-58.01401.968463.85A-68.01301.981467.11A-78.01201.991469.46A-88.01101.998470.91從圖上的數(shù)據(jù)能夠知道流體溫度的介質(zhì)在不斷升高的時候推力系數(shù)也不斷的減少，同時破口處的流體推力也在大幅度的下降。（4）如圖是核電廠高能管道破裂噴射實驗工況對比圖，從圖上能夠看出溫度的變化非常的明顯，所以更能充分的證明溫度和噴射沖擊有非常大的關(guān)系。同時還能看出推力變化的效果不明顯，這說明溫度和推力在噴神沖擊的時候出現(xiàn)的數(shù)值是非常不同的，值得注意的是，核電廠高能管道破裂噴射沖擊影響區(qū)域會隨著溫度的升高而慢慢變大，推力系數(shù)會隨著溫度的升高而慢慢降低。這上面的數(shù)據(jù)都能夠知道在核電廠高能管道破裂的時候流體介質(zhì)的溫度會影響噴射沖擊影響的區(qū)域。影響之后產(chǎn)生的噴射效果會更加的嚴(yán)重，對整個核電廠高能管道都有非常大的影響。結(jié)束語在設(shè)計核電廠高能管道的時候需要進(jìn)行合理的布置和設(shè)計，只有合理的設(shè)計才能減少管道出現(xiàn)更多的破口現(xiàn)象，在設(shè)計的時候先要進(jìn)行精準(zhǔn)的計算，通過計算之后進(jìn)行設(shè)計，這樣就能出現(xiàn)一套完整的高能管道設(shè)計，只有設(shè)計好才能更好的提供核電站高能管道的作用。核電廠設(shè)計的時候最需要考慮的內(nèi)部災(zāi)害就是高能管道破裂，所以本文通過以RIS系統(tǒng)高能管道進(jìn)行設(shè)計，并同時對噴射沖擊影響區(qū)域和破口處流體推力進(jìn)行計算，在計算的時候發(fā)現(xiàn)，噴射沖擊影響的范圍會隨著溫度的升高而增加，除此之外還知道如果流體介質(zhì)溫度不變的時候噴射錐幾何參數(shù)也會跟隨壓力的變化而變小。這些都說明在過冷水噴射的時候溫度是主要的因素。核電廠高能管道破裂在正常運行的時候，設(shè)計人員在設(shè)計的時候會選擇最大壓力和溫度進(jìn)行?？偠灾?，在設(shè)計核電廠高能管道破裂沖擊時候在噴射沖擊影響區(qū)域和被噴射的物體上都是處于保守的狀態(tài)，但是一旦溫度上升的時候就會讓流體的推力下降，影響