Методика проведения связанного расчета «Гидродинамика – Тепломассоперенос – НДС – Ресурс» с использованием программы для ЭВМ Ansys
Автор: Дмитрий Евгеньевич Бесчеров
Организация: АО "ОКБМ Африкантов"
Ресурс и эксплуатационная надежность оборудования реакторных установок (РУ) зависит от большого количества конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов. Одним из основных факторов, в значительной степени определяющих ресурс теплообменного оборудования РУ, является усталостное повреждение конструкционных материалов под воздействием термоциклических нагрузок. Данные воздействия являются следствием изменения давления и температуры теплоносителей в переходных режимах эксплуатации или следствием пульсаций температуры теплоносителей, обусловленных спецификой работы оборудования. Указанные процессы носят принципиально нестационарный, стохастический характер и оказывают негативное влияние на ресурс оборудования, исчерпание которого происходит при совместном действии механизмов мало- и многоцикловой термоусталости [1].
В АО «ОКБМ Африкантов» разработана методика, позволяющая проводить оценку влияния стохастических термоциклических нагрузок на ресурсные характеристики оборудования РУ. Численными методами с использованием программы для ЭВМ ANSYS и программами расчета ресурса последовательно решаются задачи: «гидродинамика – тепломассоперенос – напряженно-деформирование состояние (НДС) – ресурс».
Необходимым этапом расчета температурного состояния оборудования, функционирующего в условиях стохастических температурных пульсаций с использованием CFD программ, является этап верификации. С этой целью в гидродинамической лаборатории АО «ОКБМ Африкантов», оснащенной самыми современными средствами регистрации температур и скоростей, проведен большой объем методических экспериментальных исследований.
Для наиболее обоснованных и точных оценок долговечности при термопульсациях следует располагать экспериментальными данными о кинетике накопления усталостных повреждений при максимально возможных градиентах температур теплоносителей, соответствующих штатным параметрам РУ. Для решения указанной задачи АО «ОКБМ Африкантов» проведены исследования кинетики накопления усталостных повреждений в материале экспериментальных моделей (см. Рис. 1) в результате нагружения температурными пульсациями случайного характера, обусловленными смешением теплоносителей с различной температурой, на уникальном, специально сконструированном стенде.
Учитывая результаты расчетных исследований и контроля кинетики накопления усталостных повреждений в материале экспериментальной модели, были проведены её металлографические исследования, которые подтвердили достоверность результатов расчета ресурса.
1. Бесчеров Д.Е., Большухин М.А., Будников А.В., Ереев М.Н., Лебедев В.В., Марков А.С., Панов В.А., Патрушев Д.Н., Свешников Д.Н., Скулкин Н.Г., Шишулин Д.Н. Отчет. Расчетно-экспериментальные исследования по развитию и верификации технологии анализа долговечности конструкций при воздействии стохастических термопульсаций. Этап 2017 г. -130 с.
