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堆内环境下燃料组件板弹簧压紧系统压紧力数值模拟研究

王浩煜 秦勉 蒲曾坪 朱发文 冉仁杰 苗一非 袁攀 刘孟龙

王浩煜, 秦勉, 蒲曾坪, 朱发文, 冉仁杰, 苗一非, 袁攀, 刘孟龙. 堆内环境下燃料组件板弹簧压紧系统压紧力数值模拟研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(S2): 93-98. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0093
引用本文: 王浩煜, 秦勉, 蒲曾坪, 朱发文, 冉仁杰, 苗一非, 袁攀, 刘孟龙. 堆内环境下燃料组件板弹簧压紧系统压紧力数值模拟研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(S2): 93-98. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0093
Wang Haoyu, Qin Mian, Pu Zengping, Zhu Fawen, Ran Renjie, Miao Yifei, Yuan Pan, Liu Menglong. Numerical Simulation Study of Hold-down Force of Leaf Spring Hold-down System of Fuel Assembly in Reactor Environment[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(S2): 93-98. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0093
Citation: Wang Haoyu, Qin Mian, Pu Zengping, Zhu Fawen, Ran Renjie, Miao Yifei, Yuan Pan, Liu Menglong. Numerical Simulation Study of Hold-down Force of Leaf Spring Hold-down System of Fuel Assembly in Reactor Environment[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(S2): 93-98. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0093

堆内环境下燃料组件板弹簧压紧系统压紧力数值模拟研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0093
详细信息
    作者简介:

    王浩煜(1990—),男,工程师,现主要从事核燃料设计与性能分析工作,E-mail: whyah666@163.com

    通讯作者:

    蒲曾坪,E-mail: 270345036@qq.com

  • 中图分类号: TL352

Numerical Simulation Study of Hold-down Force of Leaf Spring Hold-down System of Fuel Assembly in Reactor Environment

  • 摘要: 为了对核燃料组件板弹簧压紧系统设计寿期内的压紧力进行准确预测,结合受快中子辐照影响的板弹簧材料塑性模型和蠕变模型,基于精细化结构模型,提出了堆内环境下板弹簧压紧系统全寿期的压紧力数值模拟方法,并通过与燃料组件板弹簧压紧系统分析软件HOFA计算结果对比的方式,验证了该数值模拟方法的合理性(压紧力最大误差为8.83%)。影响性对比结果表明,在考虑辐照蠕变的情况下,压紧力最大降低4.34%;循环长度增加后,各循环末的压紧力略有增加。

     

  • 图  1  数值模拟结构

    Figure  1.  Structure for Numerical Simulation

    图  2  网格敏感性分析

    Figure  2.  Mesh Sensitivity Analysis

    图  3  真应力-真应变曲线

    Figure  3.  True Stress-Strain Curve

    图  4  不同辐照剂量的工程应力-应变曲线(300℃)[8]

    Figure  4.  Engineering Stress-Strain Curve in Different Irradiation Doses (300℃)[8]

    图  5  冷态刚度曲线验证

    Figure  5.  Validation by Cold Stiffness Curve

    图  6  全寿期压紧力验证

    Figure  6.  Lifetime Hold-Down Force Validation

    图  7  辐照蠕变对压紧力的影响

    Figure  7.  Effect of Irradiation Creep on Hold-down Force

    图  8  循环长度对压紧力的影响

    Figure  8.  Effect of Circle Length on Hold-down Force

    表  1  约束条件定义

    Table  1.   Definition of Constraints

    分析
    步骤
    上管座模拟
    结构参考点
    固定螺钉
    下端面
    弹簧片
    侧面区域
    堆芯上板
    模拟结构
    1X=0,Y=0,
    Z=0
    X=0,Y=0,
    Z=−0.01
    X=0,Y=0,
    Z=0
    X=0,Y=0,
    Z=0
    2X=0,Y=0,
    Z=0
    X=0,Y=0,
    Z=−0.01
    X=0X=0,Y=0,
    Z=0
    3X=0,Y=0,
    Z=0
    X=0,Y=0,
    Z=−0.01
    X=0X=0,Y=0,
    Z=U
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    表  2  Inconel 718 弹性模量及泊松比

    Table  2.   Elastic Modulus and Poisson Rate of Inconel 718

    温度/℃弹性模量/MPa泊松比
    202000000.294
    3401840000.272
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    表  3  全寿期压紧力计算状态点

    Table  3.   State Points of Lifetime Hold-down Force Calculation

    状态序号状态描述运行时刻/s压缩量/mm
    1寿期初冷态0.0131.45
    2寿期初热态0.0220.546
    3第1循环末热态3.87×10724.22
    4第1循环后停堆冷态3.87×107+0.0135.124
    5第2循环初热态3.87×107+0.0224.22
    6第2循环末热态7.96×10725.752
    7第2循环后停堆冷态7.96×107+0.0136.656
    8第3循环初热态7.96×107+0.0225.752
    9寿期末热态11.90×10727.892
    10寿期末冷态11.90×107+0.0138.796
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    表  4  各状态点压紧力误差

    Table  4.   Hold-Down Force Error for Each State Point

    状态12345
    误差/%4.29−6.292.550.64−7.39
    状态678910
    误差/%−2.300.76−8.83−1.920.37
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    表  5  长循环压紧力计算状态点

    Table  5.   State Points of Long Circle Hold-down Force Calculation           

    状态序号状态描述运行时刻/s压缩量/mm
    1 寿期初冷态 0.01 31.45
    2 寿期初热态 0.02 20.55
    3 第1循环末热态 5.16×107 24.65
    4 第1循环后停堆冷态 5.16×107+0.01 35.56
    5 第2循环初热态 5.16×107+0.02 24.65
    6 第2循环末热态 10.61×107 27.13
    7 第2循环后停堆冷态 10.61×107+0.01 38.03
    8 第3循环初热态 10.61×107+0.02 27.13
    9 寿期末热态 15.87×107 30.82
    10 寿期末冷态 15.87×107+0.01 41.73
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-19
  • 录用日期:  2021-12-06
  • 修回日期:  2021-10-19
  • 刊出日期:  2021-12-29

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