核电站蒸汽发生器管阵列声传播特性数值研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:panxihuanhe
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核电站的安全问题一直备受关注,而蒸汽发生器中传热管阵列的泄漏问题是影响核电站安全运行的重要因素。声学检测法已经成为诊断核电站蒸汽发生器传热管阵列故障的最有效手段之一,但蒸汽发生器内部的实际工况复杂且多变,所以需要对管阵列环境下的声传播特性进行研究。本文主要以温度为依据对核电站蒸汽发生器内部进行分区,研究温度对管阵列环境下的声透射系数和有效声速等相关特性的影响。本文以核电站的实际工况为背景,构建了不同的温度场以及周期性变化的非均匀温度场。基于有限元法和平面波展开法,使用Comsol软件和Matlab软件构建10×10周期性管阵列的空间域,计算过冷水区226℃、265℃和275℃,过热蒸汽区281℃和291℃以及沸腾区265℃~275℃的周期性非均匀温度场的声透射频谱;以及使用Comsol有限元软件构建51 × 51周期性管阵列区域,对过冷水区226℃~275℃之间的50种温度、过热蒸汽区276℃~310℃的35种温度下的有效声速进行计算。研究温度的变化和分布对于管阵列结构中的声透射特性以及有效声速的影响。结果表明:(1)温度分布会改变管阵列声透射频谱的“禁带”宽度以及中心频率位置。在同一介质中,温度变化对频率较高的位置的影响程度大于频率较低的位置。(2)在同样为1 0℃的温度差下,当水的平均声速为1653m/s、饱和水蒸气的平均声速为522.5m/s时,传播介质为水时的透射频谱禁带宽度及中心频率位置变化较大,即声速大的介质的透射频谱对于温度变化更敏感。(3)当温度差在10℃以内,在周期性变化的非均匀温度场和与均匀温度场中管阵列声透射特性在第一中心频率23996.1Hz之前,两频谱差别很小,在第一禁带之后会出现明显区别。(4)在蒸汽发生器中,管阵列中的有效声速会随着温度的上升而不断增加,且在一个温度范围内会有小幅度的波动。在管阵列填充比为0.315时水中声速以及水蒸气中的声速可由bidoseresp函数计算得到,具体参数可见正文。(5)不同温度对于两种环境下声速的影响也是不同的。在过冷水区时,温度越低,在管阵列环境下与空旷环境下的声速差值越大,且在265℃时两种环境下的声速差别最小。而在过热蒸汽区,两种环境下的声速关系可由ceff=0.85cml表示。
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