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基于刚柔耦合的改进型控制棒组件变形通道落棒行为分析

岳题 郑乐乐 朱发文 王浩煜 袁攀 孙渝 邓霜

岳题, 郑乐乐, 朱发文, 王浩煜, 袁攀, 孙渝, 邓霜. 基于刚柔耦合的改进型控制棒组件变形通道落棒行为分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 129-134. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0129
引用本文: 岳题, 郑乐乐, 朱发文, 王浩煜, 袁攀, 孙渝, 邓霜. 基于刚柔耦合的改进型控制棒组件变形通道落棒行为分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 129-134. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0129
Yue Ti, Zheng Lele, Zhu Fawen, Wang Haoyu, Yuan Pan, Sun Yu, Deng Shuang. Analysis on the Improved Control Rod Drop Behavior among Deformation Channels Based on the Rigid-flexible Coupling[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 129-134. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0129
Citation: Yue Ti, Zheng Lele, Zhu Fawen, Wang Haoyu, Yuan Pan, Sun Yu, Deng Shuang. Analysis on the Improved Control Rod Drop Behavior among Deformation Channels Based on the Rigid-flexible Coupling[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 129-134. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0129

基于刚柔耦合的改进型控制棒组件变形通道落棒行为分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0129
基金项目: 国家重点研发计划(2018YFE0116100)
详细信息
    作者简介:

    岳 题(1991—),女,博士研究生,现主要从事燃料组件设计及性能分析方面的研究,E-mail: yueti_npic@163.com

  • 中图分类号: TL352

Analysis on the Improved Control Rod Drop Behavior among Deformation Channels Based on the Rigid-flexible Coupling

  • 摘要: 燃料组件在堆芯内经历长期辐照后易产生弯曲形变,影响控制棒的安全落棒,因此亟需研究变形通道下控制棒落棒行为影响机制。通过数值模拟手段对导向管发生弯曲变形后的落棒行为规律进行分析研究,利用刚柔耦合方法分别计算直型、C型、S型导向管内的落棒行为,分析整个落棒行程、速度、加速度、沿程碰撞力随时间的变化情况,对比直型和2种不同变形通道对落棒行为的影响。研究结果表明,刚柔耦合方法可以较好地模拟变形通道下的落棒行为,C型落棒未发生卡滞,S型落棒卡滞于第2道弯折处。本研究将有助于为弯曲变形导致落棒卡涩问题的极限弯曲阈值提供判断依据,为工程设计提供参考。

     

  • 图  1  流体阻力与落棒速度的拟合关系

    Figure  1.  Fitting Relationship between the Hydraulic Friction and Rod-dropping Velocity

    图  2  控制棒组件及其导向通道结构

    Figure  2.  Control Rod Assembly and its Guide Channel Structure      

    图  3  燃料组件弯曲变形示意图 单位:mm

    Figure  3.  Schematic Diagram of Bending Deformation of Fuel Assembly

    图  4  刚柔耦合多体动力学计算流程

    Figure  4.  Calculation Process of Rigid-flexible Coupled Multi-body Dynamics

    图  5  不同变形通道下的落棒行程-时间曲线

    Figure  5.  Rod Drop Journey-Time Curve under Different Deformation Channels

    图  6  不同变形通道下的落棒速度-时间曲线

    Figure  6.  Rod Drop Speed-Time Curves under Different Deformation Channels

    图  7  控制棒组件高度与落棒速度的对应关系

    Figure  7.  Corresponding Relationship between Control Rod Assembly Height and Rod Dropping Speed

    图  8  不同弯曲通道下的落棒加速度-时间曲线

    Figure  8.  Rod Dropping Acceleration-Time Curves under Different Bend Channels

    图  9  不同变形通道下落棒沿程碰撞力-时间曲线

    Figure  9.  Along-the-way Collision Force-Time Curve of Rod Dropping under Different Deformation Channels     

    表  1  控制棒组件及其导向通道结构参数

    Table  1.   Structural Parameters of Control Rod Assembly and its Guide Channel      

    设计参数参数值
    控制棒外径/mm 17
    导向管外径/mm 20
    导向管内径/mm 19
    导向管缩颈段内径/mm 18
    导向管下端流水孔直径/mm 3
    导向管缩径段长度/mm 850
    导向管总长度/mm 4290
    导向管中心距/mm 20.5
    控制棒组件改进型落棒通道尺寸
    (长×宽×厚)/mm×mm×mm
    185×185×21
    控制棒落棒行程/mm 4100
    控制棒驱动线质量/kg 90
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    表  2  连接柄-燃料组件(刚-刚)碰撞力设置

    Table  2.   Setup of the Contact Force between Joint and Fuel Assembly (Rigid-to-Rigid)

    刚度/(N·mm−1)力指数阻尼/( N·s·mm−1)穿透深度/mm
    1×1082.21×1041×10−6
    下载: 导出CSV

    表  3  通道-控制棒(刚-柔)碰撞力及摩擦力设置

    Table  3.   Setup of the Contact Force and Friction between Channel and Control Rods (Rigid-to-Flexible)

    刚度/(N·mm−1)力指数阻尼/( N·s·mm−1)穿透深度/mm
    1×1082.21×1041×10−4
    静摩擦系数动摩擦系数静滞速度/(m·s−1)滑动速度/(m·s−1)
    0.30.10.11.0
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-22
  • 录用日期:  2021-09-24
  • 修回日期:  2021-12-04
  • 刊出日期:  2022-06-07

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