利用ANSYS有限元軟件建立了AP1000核電主管道三維有限元網(wǎng)格模型,根據(jù)反傳熱法計(jì)算了0.3、0.5、0.7和1.0 m/s四種不同水流速下316LN不銹鋼的表面換熱系數(shù),對(duì)其淬火過(guò)程的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬,初步探討了西屋公司提出的180 s冷卻至427℃以下的可能性。結(jié)果表明:水流流速由0.3 m/s提高到1.0 m/s時(shí),316LN不銹鋼的表面換熱系數(shù)僅由3013 W/（m²·℃）增加至3560 W/（m²·℃）。不同流速下,主管道表面和心部溫度均隨淬火時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。1.0 m/s流速下,主管道內(nèi)、外表面溫度下降非�？�,淬火180 s時(shí)溫度已降至200℃以下,600 s時(shí)已冷卻至室溫。而主管道管壁中心（壁厚為83 mm）及接管嘴凸臺(tái)中心部位溫度下降較慢,淬火180 s時(shí)溫度分別在580℃和860℃左右,未能滿足西屋公司提出的180 s冷卻至427℃以下的要求,淬火530 s左右主管道各部位才能都冷到427℃以下。 

【文章來(lái)源】：金屬熱處理. 2020,45(08)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

主管道示意圖

根據(jù)圖4測(cè)得的冷卻曲線結(jié)合反傳熱法綜合計(jì)算得到了不同流速下316LN不銹鋼試樣的表面換熱系數(shù)，如圖5所示。可見，不同流速下的換熱系數(shù)變化規(guī)律相似，由高溫到低溫均出現(xiàn)了先緩慢增加后快速增加再減小的3個(gè)階段[10-12]，即:淬火開始時(shí)高溫區(qū)冷卻緩慢的階段I，稱為膜沸騰階段;隨后中溫區(qū)冷卻速率加快的階段II，稱為核沸騰階段;最后低溫區(qū)冷卻速率降低的階段III，稱為對(duì)流冷卻階段。不同流速下?lián)Q熱系數(shù)的最大值所對(duì)應(yīng)的溫度均在200℃左右，表面換熱系數(shù)在(3～4)×103W/(m2·℃)。該值僅為6061鋁合金的1/7[11]、42CrMo鋼的1/2[12]。0.3、0.5、0.7和1.0 m/s 4種流速所對(duì)應(yīng)的換熱系數(shù)最大值分別約3013、3112、3265和3560 W/(m2·℃)。316LN不銹鋼換熱系數(shù)遠(yuǎn)小于其他合金的原因與該材料本身熱導(dǎo)率低有關(guān)。圖5 不同流速下316LN不銹鋼試樣的表面換熱系數(shù)

AP1000核電主管道尺寸巨大，為節(jié)約運(yùn)算時(shí)間，建模時(shí)把主管道簡(jiǎn)化為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，有限元網(wǎng)格模型如圖2所示。采用三維六面體網(wǎng)格，分析單元選用8節(jié)點(diǎn)SOLID70熱結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行主管道淬火過(guò)程的溫度場(chǎng)有限元模擬。此外，還對(duì)AP1000核電主管道的淬火過(guò)程予以簡(jiǎn)化，設(shè)定淬火過(guò)程中冷卻水溫度恒定，并假設(shè)管道內(nèi)、外壁的換熱系數(shù)相同。AP1000核電主管道所用316LN不銹鋼的熱物理參數(shù)見表1，其熱導(dǎo)率、比熱容均隨溫度的變化而變化。此外，316LN不銹鋼的密度為7.98×103kg/m3，熱膨脹系數(shù)為2.25×10-5℃-1。

【參考文獻(xiàn)】：
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