[目的]管道是CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage)技术最主要的输送工具,研究其动态断裂扩展规律显得尤为重要。全尺寸断裂实验的准备周期长、技术门槛高、资金投入大、不确定因素多,严重制约了CO_(2)输送管道断裂扩展过程中管道断裂与管内减压规律的研究。[方法]基于双向流固耦合技术,使用Frotran语言开发了用户自定义子程序来描述流体减压特性,通过材料性能实验构建管道材料的GTN(Gurson-TvergarrdNeedleman)本构方程,在ABAQUS/Explicit软件中构建了超临界CO_(2)输送管道裂纹动态扩展与管内减压的流固耦合数值模型,用于开展管道裂纹扩展特性与管内介质减压规律的协同分析,通过Python脚本完成模拟结果批量处理。[结果]数值模拟得到的管道断裂形态与实验结果非常相似;管道断裂速度在管内介质溢出后呈现快速上升并逐渐稳定的趋势,最终稳定在约225 m/s;裂纹尖端张开角(Crack Tip Opening Angle, CTOA)呈现先减小后增大的趋势,最终稳定在约7.22°;CO_(2)在裂纹扩展尖端附近仍保持高压状态,其在裂纹尖端处降压膨胀所形成的饱和蒸汽加大了管道止裂难度。[结论]通过开展仿真模拟可以准确复现全尺寸断裂实验,在揭示管道断裂过程中CTOA、裂纹尖端及开裂区压力演变历程等诸多实验无法捕捉的参数方面具有优势。所构建的CO_(2)流固耦合数值模型有助于对CO_(2)输送管道断裂特性开展深入分析,可为不同管道尺寸及气体参数下的CO_(2)管道安全控制评估提供参考。
