鍋爐管的失效的熱液壓分析應用

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發佈日期 2018-08-16


鍋爐管的失效的熱液壓分析應用

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鍋爐管的失效的熱液壓分析

Boiler Tube Failure Thermohydraulic Analysis

ESKOM公司在南非擁有23個運行的電廠,其總發電容量超過42GW,供給的電量約為南非總用量95%,其中,有一座燃煤發電廠的六座鍋爐的底部的料斗區,遭遇頻繁的鍋爐管疲勞失效問題;鍋爐的初使設計是以複雜的支撐梁結構,用以環繞地支撐整個鍋爐,在支撐梁結構間、剛性樑(Buckstays)間有個樞軸式附著機構(Pivoting attachment mechanisms),使鍋爐管牆在支撐周圍時也得以有熱膨脹的餘裕;由於啟動時的高溫,鍋爐可向下熱膨脹延伸近1米左右,而在料斗處的剛性樑於轉角處接點位置相接於傾斜牆與前後牆的交會處,在此連接處已改變周圍的前後牆管流流向,使管流無法以設計時的布局方式作流動,頻繁的管失效損失率已於操作管件時發現,該失效區域也被認定是可能的高應力集中區。 [詳細]

 

在氣冷式反應氣空蝕冷卻系統的穩態熱傳與自然迴流的分析:利用GAMMA+Flownex的程式數據比對

Code-to-code comparison for analysing the steady-state heat transfer and natural circulation in an air-cooled RCCS using GAMMA+ and Flownex

l 使用GAMMA+Flownex的計算代碼分析氣冷式反應氣空蝕冷卻系統(RCCS)

l 輻射熱傳占總熱傳量的極大部分

l 可求得RCCS的直立管(standpipes)的回流量

l 兩個計算程式的結果匹配性相當高

l 支援安全項目的分析

[詳細]

 

球床反應爐的系統級CFD分析方法

The system CFD approach applied to a pebble bed reactor

系統級CFD程式Flownex可用以模擬完全的熱流系統,如球床式模組化反應器(Pebble Bed Modular Reactor)的暫態行為,在系統模擬中,討論反應器的熱傳模型建立之複雜程度,並敘述解決的方法;利用球床反應爐芯模型展示三種可能拓撲結構,同時顯示系統級CFD軟體的多功能,而結果展示了其球床網路拓撲極優於其它現有的拓撲方法,同時也具有預估最高燃料溫度的優勢。 [詳細]

 

模擬高壓氣冷/水冷熱交換器的管路破裂的計算方法

A technique to simulate a tube break in a high-pressure gas/cooling water heat exchanger

大半的高溫反應爐(HTR, High Temperature Reactor)的燃氣循環於某階段會散熱至冷卻水端,在直接性的Brayton循環的HTR的氦/水熱交換器中,氦具有更高於水的壓力,若氦及水的壓力邊界失靈,須探究其對相應的水管路系統的影響。

系統模擬程式可作該影響的探究,但是,很少有能作氣液界面追蹤的系統模擬程式,本研究敘述一個計算程式的模擬方法,可探究氣液熱交換器管線破裂而無須追蹤氣液界面,並說明計算模型的優勢與管線破裂的起因,計算模型則導入系統分析軟體Flownex,以在其較穩定且可行的時間內算得結果。[詳細]

 

整合系統CFD建模應用於擴散接合緊湊式熱交換器

Integrated systems CFD modelling applied to diffusion-bonded compact heat exchangers

微流道熱交換器,係由數個具有表面蝕刻管道的片板經由擴散接合所組成的多孔金屬塊,構造由交錯地連接片板,使微管形成對應的主管路,也形成熱交換器的主要與次要段,為分析熱交換器於操作時的熱性質響應,使用模擬軟體創建數值網路模型,作為實際的熱液壓元件群;系統CFD方法使用一維的經驗式模型來模擬管道內的流體流動,及三維模型模擬金屬塊內的熱分佈性,而幾何空間分析表示一維與三維模型的關聯模件,該模件隱性地連結了模型在數值求解器的矩陣級方程式,相比顯性耦合模型的收斂還更快,且更少的迭代次數。[詳細]

 

鍋爐管疲勞失效的單向流體架構交互模型

1-Way fluid structure interaction modelling methodology for boiler tube fatigue failure

本文闡述一個解決大型鍋爐管組件疲勞失效的建模方法,也可用於發電廠的安全運作設計,鍋爐管的疲勞失效係由流體流動與熱傳機制的共同影響而產生,包含熱膨脹所致的疲勞失效;建模工具的耦合可探究單向流體架構的交互作用,有效地解決抽拉應力(extracting stress)的計算,其中,一維的流體求解器適用於熱流元件的建模,本研究將引入該模型用於3,022根管線組成的一夸脫的料斗區及組成長度約4,787米的膜架構的計算方法,其操作方式係為在一維的管流模型進行迭代地計算,直到符合設備數據為止,該有效模型還可用於各種假定的電廠情況,還有暫態啟動條件的操作時序,還可求解鍋爐管溫度,並傳遞作為三維有線元素分析所須的邊界條件,求解因鍋爐管壁及鄰近支撐結構的熱膨脹應力的變形,模型可對鍋爐區段再設計,並用降低該區段的應力,減少疲勞失效。[詳細]

 

球床式模組化反應器物理模型的設計與成功試驗

Design and successful testing of a physical model of the pebble bed modular reactor

1993年起,南非國營電力企業Eskom為了潛在的電力源的應用,遂開始研究球床反應器(Pebble bed modular reactor, PBMR)相關技術,同時作為南非的可續出口產品,在發展上,Eskom的合作夥伴為南非工業發展集團(South African Industrial Development Corporation)與英國核燃燒股份有限公司(British Nuclear Fuels Limited, BNFL)Eskom於開普敦(Cape Town)鄰近的柯布爾(Koeberg)有座110 MW等級的示範PBMR,該PBMR於第四代的商用高溫氣冷反應機(Generation IV High temperature gas cooled reactor)中屬最先進,同時也是非洲唯一核電廠,且有一火電廠位於比勒陀利亞(Pretoria)附近的佩琳達巴(Pelindaba),為供應柯布爾核電廠所須的燃料而建造。

PBMR可根據需求增加額外的模組,且視當地狀況配置所須的產能,若所在地有充分的水源冷卻,則可獨立於任意地方運作,乾冷卻式雖更昂貴,但地區選擇性更高;通常每只商用反應器的產能範圍在165 MW左右,但為強化支援系統的共享,PBMR已整合多樣選擇的種類,例如248堆疊的佈局,有著最省成本的佈局方式並可使電廠於完工時立即投入使用,

PBMR由垂直鋼製壓力容器與石墨磚(graphite bricks)所組成,採用金剛砂塗層的富集鈾氧化物微粒鑲埋於石墨內形成燃料球或球床,其名因此而來,PBMR係根據閉迴路同流循環的三軸布雷敦循環(Three-Shaft Recuperative Brayton Cycle)方式,採用氦作為冷卻劑與傳能媒介,而PBMR燃料是基於實證的德國的高品質燃料設計理念,由包含於鑄模的石墨球內的低富集鈾覆三層的均相粒子(LEU-TRISO),每顆覆層粒子皆由一個覆四層包圍的二氧化鈾核心所組成。

PBMR表示核安全的重要躍進,相對傳統的電廠反應爐來說,輻射能大量洩出的機率降低,此外,在日常對鄰近居民的危機量值,已低於非核危機的合理標準值至好幾個位數,

PBMR而言,並無巨大外洩的危機,是由於代理機構的相關設計措施使電廠的損害減少化,

因為PBMR系統,相對高級別與安全性的本質,無需今日大型電廠所用的高精密設備與昂貴安全系統,因此,PBMR可提供比前代的電廠更高效及優惠的電能。 [詳細]

 

流體網路輔助之球床反應器之物理模型設計

Design of a physical model of the PBMR with the aid of Flownex

本文介紹經流體網路程式(Flownex code)輔助之球床反應器(Pebble bed modular reactor, PBMR)之供電轉換循環之物理模型設計,設計目的係為展現PBMR之控制策略、操作步驟與其流體網路模擬的精確性,同時,本文系為首次使用流體網路於適配元件的介紹,並估算系統穩態的性能細節,也介紹了流體網路模型如何被應用於模擬起動程序、與各一個負載添加(load following)及移除(rejection)的方案;充分介紹了在有力模擬工具的輔助下,於相對短的時間並配以使用實惠的商用型渦輪增壓機,來講解如何設計一只微型渦輪系統(micro turbine system)[詳細]

 

管網路系統之暫態流動之隱分析方法

An implicit method for the analysis of transient flows in pipe networks

現行的管網路的暫態流動之顯分析法常應用於特定的流動現象如氣流相對之液流(gas flows vis-à-vis liquid flows),或等溫流相對之非等溫流(isothermal flows vis-à-vis non-isothermal flows)。但是,當此方法應用於原定計算域之外時,常採用簡化的假設條件,因而使結果失準;本文敘述一個基於同步的壓力補正導向之方式之隱性有限差分法,該方法適用於液體與氣體流動、等溫與非等溫流及快速與慢速之暫態計算;其中,在動量方程式內具問題的對流加速項,在其它重整型式的替換型動量方程式中,其存在與否皆無定論,或被各種計算方法忽略,藉由分析一只管路與簡易的分支網路的快速暫態現象,可得知隱性法的準確性及穩定性,係由時間步長的加權系數(weighing factor) α所影響。[詳細]

採用網路求解器建構燃氣渦輪燃燒室的模型

Modelling of a gas turbine combustor using a network solver

本文介紹一維經驗模型整合商用的網路求解器的建構發展,用以預估一只商用燃氣渦輪引擎的燃燒室內的流量分佈與壓力損失,建模的考量來自於實際的燃氣渦輪燃燒室所遭遇的問題,所獲結果表示,本文的簡化模型之優勢係為快速執行計算,且結果趨勢與其它詳盡的數值模型的結果相近,足以準確地預估參數,因此,可進行比前代更簡便的修正設計與參數研究,更進一步,一維分析所獲的數據用以作為更準確的三維模型的邊界條件,計算結果與實際在燃燒室出口平面量測的溫度相符合,可見其整體的結果匹配性十分良好。[細部]



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