以超临界CO₂管道的断裂及扩展为研究对象,重点研究超临界CO₂管道的断裂扩展问题。通过调研、学习相关理论知识,分析提出超临界CO₂管道断裂扩展机理,结合CO₂相关性质（临界点为T_c=31.2℃,P_c=7.38 MPa）,以及超临界CO₂在裂纹处的相态变化规律,建立减压波计算模型,研究减压波在裂纹断裂扩展中的特性变化;采用ANSYS Workbench软件进行模拟,建立三维含外部裂纹的管道模型,研究模拟结果,总结规律,提出相应的止裂控制方法,设计出一种适合超临界CO₂管道的止裂器。通过减压波波速的计算绘制管道内部CO₂介质的压力-减压波速度曲线,研究杂质、温度和压力对减压波传播特性的影响。杂质的加入改变了纯CO₂的相界线,提高了其饱和压力,使减压波曲线中的压力平台升高,使压力长时间处在高位;温度使超临界态CO₂更早产生两相流,使压力下降速度变慢,不利于管线止裂;压力的增加虽然使临界态CO₂由单相状态进入了两相状态,但初始减压波速度也变大,使减压波曲线的压力平台降低,压力下降加快,有利于管道的止裂。采用ANSYS Workbench软件进行不同温度和压力下的模拟分析,研究分析温度和压力对管道的影响。温度的降低,裂纹及扩展区的等效应变和应力变大,总变形降低;在不同内压力的作用下,管道内壁所受的影响远远大于管道外部表面,在设计管道时应充分考虑管道内壁的受压情况;应用三种应力强度因子K_I、K_II和K_III进行了分析。在管道裂纹的扩展过程中,K_I对裂纹扩展的影响远大于K_II和K_III对其扩展的影响,印证了对管道危害最大的是I型裂纹;分析了J积分,表明管道裂纹在两端和中间位置扩展相对容易,速度较快。同时,温度越低,J积分的值越小,即表明随着温度的降低,裂纹扩展所受阻力越小,有利于管道裂纹的扩展。本文重点研究了含裂纹的超临界CO₂管道的扩展断裂机理和控制方法,希望能为以后CCUS项目在我国的全面发展提供相关的理论指导和技术支持。