美国阿贡国家实验室研究人员开发出一款多物理场仿真建模工具，用于预测核电厂给水加热器（FWH）管的老化破损规律。该模型有望优化核电厂运维计划、降低运营成本，相关研究成果近期以《给水加热器管疲劳失效的数值分析及实验验证》为题，发表于《工程失效分析》（Engineering Failure Analysis）期刊。

一座核电厂通常配备约30根给水加热器管，用于在冷却水进入反应堆前进行预热。受反复停堆冷却和满功率运行影响，给水加热器管会逐渐出现应变迹象，需操作员人工检查以判断是否需要维修。此类检查不仅成本高、耗费人力，且难以精准识别早期损伤迹象或具体的损伤部位。

多物理场模型与分析框架

为解决这一复杂难题，阿贡国家实验室首先创建了融合流体力学、冷凝传热、固体力学以及累积损伤理论等多领域技术原理的多物理场仿真模型，可精准确定给水加热器管的最佳检修时机。基于该模型，研究人员进一步开发出一套可供运维人员使用的分析框架。该框架结合仿真计算结果与实际检测数据，测算出给水加热器管的预期使用寿期约为29年，同时还能定位到给水加热器管需要重点关注的应力集中部位。

该仿真模型及分析框架的有效性，已通过某在运核电厂的实际检测数据和给水加热器管更换记录得到验证。

框架与分析方法的应用

该建模框架具有可扩展性，适用于各类核电厂。借助该框架，运维人员能够制定预测性运维计划、合理划分运维工作优先级，并在反应堆关键部位出现故障前，提前识别其老化迹象，从而提升核电厂的运行可靠性和安全性。

此外，研究还发现，该分析方法也可作为设计和评估新型换热器方案的重要工具。例如，当前利用反应堆热量驱动吸热型工业流程的需求日益增长，这对换热器设计提出了新挑战。该研究提出的分析方法，能够预测新型换热器设计方案在预期服役周期内将承受的机械应力，并验证其在工况循环下的损伤程度是否处于允许范围，从而在开展验证试验前加快设计进程。